跨越物理、信息、计算——量子信息技术领域 5 万篇论文全景分析

图2:关键词词云

编辑:张爽

也正因这一特点,Web of Science把量子科学与技术( Quantum, Science and Technology)这一领域分类阐释为“无法用经典物理学理论来解释的波、粒子的复杂相互作用,以及物质的状态”。(原论文表 3)

面对这样迅猛的增长,来自 Middle East Technical University 的 Zeki C. Seskir 和 Arsev U. Aydinoglu 二人对这一领域的文献进行了梳理,并给出了他们的分析简介。

现在的人们已经意识到了一个事实:信息时代的基石,晶体管和激光技术将达到物理极限(1-5nm),也就是说摩尔定律不可能永远有效。因此,在2003年, Dowling与Milburn首次提出“第二次量子革命”(the second quantum revolution)一词。

在进行初步的数据分析后,研究者认为: 量子信息技术根植于物理学领域,同时又横跨了 物理、光学、机械、化学、电子、信息、材料和计算科学等众多学科。

论文地址:

如果从论文发表期刊的角度来分析,在总共的495种刊物中,研究者统计出了发表论文数量排位前99名的期刊包含了42800篇论文,其中前20名期刊包含了占比58.574%的 29769 篇文章。符合“重头长尾”的幂率法则特征。结合前人研究的结论:成熟的研究领域论文发表数量和期刊数量之间遵循幂率法则,新领域则不然。因此,研究者认为:量子信息技术领域的学术研究文献已经非常的成熟稳定。(原论文表 4)

为了确定要涵盖的研究资料范围,两位研究者利用与量子信息技术相关的关键词,收集篇文献,并结合五位领域内的专家给出的建议,构建出了关键词映射和突增分析模型。

如上图所示,这个关系图呈现出了三个主要的聚簇,红色表示物理实现,蓝色表示量子密码学和通信技术、绿色则表示量子计算和量子信息学。

导语

作为量子物理与信息技术的结合,近年来不断突破的量子信息技术正在开启新的机遇之门。最近发布在arxiv.org上的一篇预印本论文中,来自 Middle East Technical University 的 Zeki C. Seskir 和 Arsev U. Aydinoglu 收集了超过 5 万篇相关的期刊文章,对量子信息技术这一领域进行了梳理。

审校:刘金国

研究者从筛选过的 42530 篇文章的题目与摘要中,筛选出了出现次数 200 次的关键词,并按照其关联绘制成图。

如果进一步的提高数据的分辨率,按照具体的研究机构来绘制合作关系图,我们又能够看到更多的细节。

图7:研究机构合作关系图

总结

若以国家来做比较,中、美、德、英、日、加等国均在这一领域做出了很多成果。研究者还特别指出了一点,虽然美国有8个研究机构排名进入了前二十,但只有一个机构列入前十。这是因为与别的国家采取“集中力量办大事”或者多国合作的方法不同,美国的研究机构相对分散。(原论文表 5)

如图所示, 在这个网络上,美、英、中、加等国均位于网络的核心地位,对该领域的投入和产出都很大。而位于网络边缘的国家则在该领域的投入减少,产出也较低。

研究者通过文献计量的手段和网络可视化工具,分析了量子信息技术这一蓬勃发展的领域的科研产出。可以明确的是,量子信息技术扎根于物理学;凭借20世纪90年代至2010年兴起的量子计算得以发展。进而,又诞生出了许多新课题、子领域。

关键词关系图

除了对全部论文加以分析调查外,研究者绘制了88篇高被引文章的共同引用关系图,如下所示:

研究论文全景分析

量子信息技术( Quantum Information Technologies,QIT)是一项备受关注的领域。自2018年来,欧盟和美国在这一领域中投入了10亿欧元。在加上包括中国在内的诸多国家的关注与投入,量子信息技术已经成为了广受众多国家关注的领域。虽然这些投入都是近十年间的事情,但是“把量子技术应用于新领域”这一想法却已有60年的历史了。

值得注意的一点是, 量子失谐(Quantum discord)、并发度(concurrence)、相对熵(relative entropy)和纠缠度量(entanglement measure)等关键词位于词云的边缘,和量子计算和量子信息学关系比较紧密,和其他主题的关系较弱。研究者给出的一个解释是,因为这个词云来自去除了零引用和零被引的论文。如果使用全部的50822篇论文绘制词云,所呈现的云图如下所示。

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研究数据

原标题:《跨越物理、信息、计算——量子信息技术领域 5 万篇论文全景分析》

图6:国家合作关系图

第二次量子革命已经发展为了一个成熟稳定的科学技术领域。在未来也需要有更多的从学术、商业等角度来分析该领域的报告。通过对这一领域研究成果的全面检索,以及业内专家的审查。可以分析出国家、研究机构的研究侧重以及合作模式,进而可以给出政策性的建议。

高被引文章分析

原创: Leo 集智俱乐部

原标题:跨越物理、信息、计算——量子信息技术领域 5 万篇论文全景分析

按照研究者所做的论文所属研究领域分类排行表(原论文表 2)给出的数据,物理学和光学分别以78.387%和30.001%的比例(总数是50822,下同)牢牢占据榜单的头部;计算科学、工程、化学、数学等领域也有较多关联;此外,也涵盖了天文、通信、科学哲学史、生命科学等众多领域。(因诸多研究横跨数个领域,所有比例相加超过100%)

论文题目:

量子信息研究文献的暴涨

截止2019 年 6月研究者共查询到 50822 篇与量子信息技术相关的论文(不包含程序等其他内容),在筛查掉撤回、零引用、零被引论文后,共有 42,530 篇文章。研究者还特地获取了从 1999-2018 年间的 808 篇高被引文章,平均每篇被引 234.59 次。

The Landscape of Academic Literature in Quantum Information Technologies

由上图我们可以看出,按照前文给出的四种分类, 任意子以及拓扑量子计算有关的文章(蓝色)和量子失谐以及量子纠缠有关的文章(黄色)各占一端。而另外的量子计算、量子信息论等主题下的论文位于网络的中间。

如果也以网络的视角来看待国家间合作的关系,我们能看到下图:

我们能够很明显地看到一个现象:在研究机构这个网络分析的层级上,美国的研究机构牢牢的占据着网络的核心位置,不仅研究的领域各异(图中的不同颜色)且和其他国家的其他研究机构也有着广泛的合作。而中国的研究机构却处于网络的边缘地位,且研究成果比较单一。如果把上图和原论文的表5以及国家合作关系图加以对比,我们也能够看到我国在量子信息技术领域的发展方向和潜力。

图3:关键词词云 2.0

由此,我们发现了一个新的聚簇,这个聚簇中主要包含着纠缠、量子关联(Quantum correlation)、主方程(master equation)、量子失谐、相变等关键词。这表明新增聚簇是一个以理论研究为主的方向。这一聚簇的出现也对应着人们对该领域所投入的关注。

图1:每年量子信息技术领域新增论文量

以历史的眼光来看,量子信息技术已经进入蓬勃发展的阶段:在工业界,2019年9月Google公司就声称其已经实现了量子霸权(Quantum Supremacy);国内外的众多科技巨头也都展开了研发第一台量子计算机的竞争。25 年来,在学术界在这一领域发表的论文数量已经增长了50倍。

作者:Leo

图4:关键词词频分析。图中每一个黑色条都表示一个关键词,高度表示关键词跨越的领域,长度表示流行的时间。

图5:共同引用关系图,每个圆点表示一篇文章,连边则表示彼此之间有共同的引用。

https://arxiv.org/abs/1910.06969

这几个关键词的出现也符合研究者所搭建的突增分析模型——一个通过词频变化分析研究主题的模型。这些研究主题在2009年前后成为了新的焦点。

posted @ 2020-01-07 00:31 作者:admin  阅读:

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