到達目標
学生は本講義を通じて、以下の点を習得することを目指す。
１．従来の集積回路設計の基本概念（論理回路、電子部品の役割など）を理解する。
２．量子回路の入門的概念（量子ビット、量子ゲートなど）を理解し、従来の回路との違いを説明できる。
３．従来の集積回路設計の限界と量子回路を用いた集積化の現状について理解する。
４．グループディスカッションや実習を通じて、設計の基本的な流れを体験し、仲間と協力して問題解決する力を養う。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 論理回路と量子回路の基本原理、用語、動作の違いを正確に理解し、明確に説明できる。回路設計についても独自性が見られる。 | 主要な概念や用語は把握しており、基本的な説明が可能である。 | 論理回路と量子回路の違い・共通点について十分な比較ができない。 |
| 評価項目2 | グループディスカッションなどの活動に積極的に参加し、他のメンバーとの議論を通じて学びを深めることができる。 | 必要な活動に参加し、基本的な意見交換はできるが、議論への貢献度や積極性に一部改善の余地がある。 | ディスカッションや実習への参加が消極的で、グループ作業に対する協働的な貢献が認められない。 |
| 評価項目3 | 選んだテーマに対する検討が深く、作成した資料は論点が明確で視覚的にも分かりやすい。プレゼンテーションでは自信をもって説明し、質疑応答にも的確に対応できる。 | 検討内容をもとに資料が作成され、プレゼンテーションにおいても基本的な情報を伝えられる。 | 検討や資料作成が不十分で、プレゼンテーションで伝えたい内容が明確でない。 |
学科の到達目標項目との関係
③専門分野に加えて基礎工学をしっかり身につけた生産技術に関る幅広い対応力
説明
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教育方法等
概要:
従来の論理回路をベースとし、量子回路の基本原理を通して、集積回路設計の限界やその解決策について理解を深める。
基礎理論の理解だけでなく、課題設定・分析能力、協働による問題解決力、発表を通じた表現力・コミュニケーション能力を総合的に養う。
授業の進め方・方法:
1. 講義形式で基本概念の説明と、図解・シミュレーションを用いた実例解説
2. 小グループでのディスカッションを取り入れ、理解度を深める
3. コンピュータを用いた簡単なプログラミング実習（例：Qiskitチュートリアル）
4. 個人でプロジェクトのテーマを選定し、調査・検討を行なう
5. 最終4週間は各グループで選んだテーマについて検討・資料作成（2週）と、プレゼンテーションを実施し、アクティブラーニングを推進する
※総合評価60点以上を合格とする
注意点:
事前・事後学習、オフィスアワー
オフィスアワー： 授業実施日の15:00～16:00
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
1. コース概要、シラバス説明
2. 集積回路設計とは？ |
全体の流れと、本講義で目指す内容を理解する。集積回路の基本用語や役割、現代社会での意義を理解する。
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| 2週 |
集積回路の基本構成と電子部品の役割 |
論理ゲート、トランジスタなどの基本素子の働きを復習する。
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| 3週 |
量子回路の概要 |
量子回路の概要と、線形代数などの数学的知識について理解する。
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| 4週 |
量子技術入門：量子とは何か？ |
量子の基本概念、量子ビット（qubit）の特徴（重ね合わせ、エンタングルメント）を理解する。
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| 5週 |
量子ゲートと量子回路の基礎 |
アダマールやパウリゲートなど、簡単な量子回路の構成要素を把握する。
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| 6週 |
論理回路と量子回路の比較 |
両者の違い・共通点を整理し、なぜ量子技術が注目されるのかを理解する。
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| 7週 |
シミュレーション実習：簡単な回路設計体験 |
シンプルな設計シミュレーションを体験し、回路図の読み方と設計の流れを実感する。
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| 8週 |
ディスカッション・グループワーク：現在の集積回路設計とその限界について調査 |
現在の集積回路の限界と、なぜ量子回路が必要とされているかを理解する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
ディスカッション・グループワーク：現在のエラー訂正の方法について調査 |
現在のエラー訂正の方法と、量子回路の集積化が困難な理由を理解する。
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| 10週 |
プロジェクト：個人によるテーマの選定と調査・検討 |
個人でプロジェクトのテーマを決定し、調査・検討を実施する。
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| 11週 |
同上 |
同上
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| 12週 |
各グループ内での個人のプレゼン発表と代表の決定 |
検討内容を分かりやすく伝え、他者からの質問に答えることで理解を深める
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| 13週 |
各グループでテーマ（例：量子回路の集積回路設計、現在の集積回路設計の課題など）を選定し、調査検討・資料作成を実施 |
選んだテーマについて検討し、理解を深めた内容を資料にまとめる
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| 14週 |
同上 |
同上
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| 15週 |
1. 各グループが検討結果をクラス全体に向けてプレゼンテーションを実施
2. 質疑応答等のフィードバックを受ける |
検討内容を分かりやすく伝え、他者からの質問に答えることで理解を深める
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| 16週 |
提出した資料等についてのフィードバック |
フィードバックを受けることで、足りない面を認識し、改善を図る
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 情報系分野 | 計算機工学 | 論理ゲートを用いて論理式を組合せ論理回路として表現することができる。 | 5 | |
| 与えられた組合せ論理回路の機能を説明することができる。 | 5 | |
| 組合せ論理回路を設計することができる。 | 5 | |
| フリップフロップなどの順序回路の基本素子について、その動作と特性を説明することができる。 | 5 | |
| レジスタやカウンタなどの基本的な順序回路の動作について説明できる。 | 5 | |
| 与えられた順序回路の機能を説明することができる。 | 5 | |
| 順序回路を設計することができる。 | 5 | |
| コンピュータを構成する基本的な要素の役割とこれらの間でのデータの流れを説明できる。 | 5 | |
| プロセッサを実現するために考案された主要な技術を説明できる。 | 5 | |
| メモリシステムを実現するために考案された主要な技術を説明できる。 | 5 | |
| 入出力を実現するために考案された主要な技術を説明できる。 | 5 | |
| コンピュータアーキテクチャにおけるトレードオフについて説明できる。 | 5 | |
| 要求仕様に従って、標準的なプログラマブルデバイスやマイコンを用いたシステムを構成することができる。 | 5 | |
| ハードウェア記述言語など標準的な手法を用いてハードウェアの設計、検証を行うことができる。 | 5 | |
評価割合
| ポートフォリオ | 発表 | 授業への参加 | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 40 | 10 | 100 |
| 基礎的能力 | 20 | 10 | 5 | 35 |
| 専門的能力 | 20 | 20 | 0 | 40 |
| 分野横断的能力 | 10 | 10 | 5 | 25 |