气候变化已成为最大的全球性问题之一，越来越多地损害地球的居住地。最近的发展如加利福尼亚州和加拿大的非凡热浪，以及德国的毁灭性洪水指向气候变化在极端天气不断增长的频率下的作用。在过去的五十年中，天气和气候的数值模型已经看到了巨大的改善，但仍有严格的限制仍有待克服。空间和时间本地化预测是需要一个小时，以便有效适应措施，以尽量减少生命和财产丧失。基于人工智能的方法正在展示有希望的导致改进预测，但仍然受到必要硬件和软件所需的可用性来处理地球地球的规模所需的软硬件和软件的限制。量子计算是一种新兴范式，在几个领域中发现了潜在的适用性。在这种意见作品中，我们认为为量子计算机设计的人工智能算法的新发展 - 也称为量子人工智能（QAI） - 可以提供进一步进一步的气候变化科学所需的关键突破。预计天气和气候预测的改善将级联到众多社会福利。

该调查侧重于地球系统科学中的当前问题，其中可以应用机器学习算法。它概述了以前的工作，在地球科学部，印度政府的持续工作，以及ML算法的未来应用到一些重要的地球科学问题。我们提供了与本次调查的比较的比较，这是与机器学习相关的多维地区的思想地图，以及地球系统科学（ESS）中机器学习的Gartner的炒作周期。我们主要关注地球科学的关键组成部分，包括大气，海洋，地震学和生物圈，以及覆盖AI / ML应用程序统计侦查和预测问题。

信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。

近年来，机器学习的巨大进步已经开始对许多科学和技术的许多领域产生重大影响。在本文的文章中，我们探讨了量子技术如何从这项革命中受益。我们在说明性示例中展示了过去几年的科学家如何开始使用机器学习和更广泛的人工智能方法来分析量子测量，估计量子设备的参数，发现新的量子实验设置，协议和反馈策略，以及反馈策略，以及通常改善量子计算，量子通信和量子模拟的各个方面。我们重点介绍了公开挑战和未来的可能性，并在未来十年的一些投机愿景下得出结论。

机器学习（ML）与高能物理学（HEP）的快速发展的交集给我们的社区带来了机会和挑战。远远超出了标准ML工具在HEP问题上的应用，这两个领域的一代人才素养正在开发真正的新的和潜在的革命性方法。迫切需要支持跨学科社区推动这些发展的需求，包括在这两个领域的交汇处为专门研究提供资金，在大学投资高性能计算以及调整分配政策以支持这项工作，开发社区工具和标准，并为年轻研究人员提供教育和职业道路，从而吸引了机器学习的智力活力，以吸引高能量物理学。

Digital engineering transformation is a crucial process for the engineering paradigm shifts in the fourth industrial revolution (4IR), and artificial intelligence (AI) is a critical enabling technology in digital engineering transformation. This article discusses the following research questions: What are the fundamental changes in the 4IR? More specifically, what are the fundamental changes in engineering? What is digital engineering? What are the main uncertainties there? What is trustworthy AI? Why is it important today? What are emerging engineering paradigm shifts in the 4IR? What is the relationship between the data-intensive paradigm and digital engineering transformation? What should we do for digitalization? From investigating the pattern of industrial revolutions, this article argues that ubiquitous machine intelligence (uMI) is the defining power brought by the 4IR. Digitalization is a condition to leverage ubiquitous machine intelligence. Digital engineering transformation towards Industry 4.0 has three essential building blocks: digitalization of engineering, leveraging ubiquitous machine intelligence, and building digital trust and security. The engineering design community at large is facing an excellent opportunity to bring the new capabilities of ubiquitous machine intelligence and trustworthy AI principles, as well as digital trust, together in various engineering systems design to ensure the trustworthiness of systems in Industry 4.0.

在过去的十年中，人工智能（AI）为软件系统提供了巨大的新可能性和机会，还提供了新的要求和要求。特别是，机器学习（ML）已被证明在几乎每个垂直应用域中都有用。在未来的十年中，可以预期从经典计算到量子计算（QC）的前所未有的范式转移，也许是带有量子古典混合模型的。我们认为，当涉及量子和量子古典混合应用时，模型驱动的工程（MDE）范式可以是推动者和协助者。这不仅包括自动代码生成，还包括自动模型检查和验证，以及早期设计阶段中的模型分析以及在设计时间和运行时的模型对模型转换。在本文中，愿景集中在量子AI的MDE上，尤其是物联网（IoT）和智能网络物理系统（CPS）应用程序的量子ML。

The field of artificial intelligence (AI), regarded as one of the most enigmatic areas of science, has witnessed exponential growth in the past decade including a remarkably wide array of applications, having already impacted our everyday lives. Advances in computing power and the design of sophisticated AI algorithms have enabled computers to outperform humans in a variety of tasks, especially in the areas of computer vision and speech recognition. Yet, AI's path has never been smooth, having essentially fallen apart twice in its lifetime ('winters' of AI), both after periods of popular success ('summers' of AI). We provide a brief rundown of AI's evolution over the course of decades, highlighting its crucial moments and major turning points from inception to the present. In doing so, we attempt to learn, anticipate the future, and discuss what steps may be taken to prevent another 'winter'.

机器学习的最新进展，加上低成本计算，廉价流传感器，数据存储和云技术的可用性导致了广泛的多学科研究活动，具有商业利益攸关方的重大兴趣和投资。基于物理方程式的机械模型，纯粹的数据驱动统计方法代表建模光谱的两端。新的混合动力车，以数据为中心的工程方法，利用世界各国和整合模拟和数据，都是一种强大的工具，具有对物理学科的变革影响。我们在集成模拟，机器学习和统计数据中审查了新兴领域的关键研究趋势和应用场景。我们突出了这种综合愿景可以解锁和概述阻止其实现的关键挑战的机会。我们还讨论了该领域的翻译方面的瓶颈以及现有劳动力和未来大学毕业生的长期上升要求。

Cognitive Computing (COC) aims to build highly cognitive machines with low computational resources that respond in real-time. However, scholarly literature shows varying research areas and various interpretations of COC. This calls for a cohesive architecture that delineates the nature of COC. We argue that if Herbert Simon considered the design science is the science of artificial, cognitive systems are the products of cognitive science or 'the newest science of the artificial'. Therefore, building a conceptual basis for COC is an essential step into prospective cognitive computing-based systems. This paper proposes an architecture of COC through analyzing the literature on COC using a myriad of statistical analysis methods. Then, we compare the statistical analysis results with previous qualitative analysis results to confirm our findings. The study also comprehensively surveys the recent research on COC to identify the state of the art and connect the advances in varied research disciplines in COC. The study found that there are three underlaying computing paradigms, Von-Neuman, Neuromorphic Engineering and Quantum Computing, that comprehensively complement the structure of cognitive computation. The research discuss possible applications and open research directions under the COC umbrella.

Artificial Intelligence (AI) is used to create more sustainable production methods and model climate change, making it a valuable tool in the fight against environmental degradation. This paper describes the paradox of an energy-consuming technology serving the ecological challenges of tomorrow. The study provides an overview of the sectors that use AI-based solutions for environmental protection. It draws on numerous examples from AI for Green players to present use cases and concrete examples. In the second part of the study, the negative impacts of AI on the environment and the emerging technological solutions to support Green AI are examined. It is also shown that the research on less energy-consuming AI is motivated more by cost and energy autonomy constraints than by environmental considerations. This leads to a rebound effect that favors an increase in the complexity of models. Finally, the need to integrate environmental indicators into algorithms is discussed. The environmental dimension is part of the broader ethical problem of AI, and addressing it is crucial for ensuring the sustainability of AI in the long term.

量子计算是使用量子力学执行计算的过程。该领域研究某些亚杀菌粒子的量子行为，以便随后在执行计算，以及大规模信息处理中使用。这些能力可以在计算时间和经典计算机上的成本方面提供量子计算机的优势。如今，由于计算复杂性或计算所需的时间，具有科学挑战，这是由于古典计算而无法执行，并且量子计算是可能的答案之一。然而，电流量子器件尚未实现必要的QUBITS，并且没有足够的容错才能实现这些目标。尽管如此，还有其他领域，如机器学习或化学，其中量子计算对电流量子器件有用。本手稿旨在展示2017年和2021年之间发布的论文的系统文献综述，以确定，分析和分类量子机器学习和其应用中使用的不同算法。因此，该研究确定了使用量子机器学习技术和算法的52篇文章。发现算法的主要类型是经典机器学习算法的量子实现，例如支持向量机或K最近邻模型，以及古典的深度学习算法，如量子神经网络。许多文章试图解决目前通过古典机器学习回答的问题，但使用量子设备和算法。即使结果很有希望，量子机器学习也远未实现其全部潜力。由于现有量子计算机缺乏足够的质量，速度和比例以允许量子计算来实现其全部潜力，因此需要提高量子硬件。

本文旨在研究基于电路的混合量子卷积神经网络（QCNNS）如何在遥感的上下文中成功地在图像分类器中成功使用。通过在标准神经网络内引入量子层来丰富CNN的经典架构。本工作中提出的新型QCNN应用于土地使用和陆地覆盖（LULC）分类，选择为地球观测（EO）用例，并在欧元区数据集上测试用作参考基准。通过证明QCNN性能高于经典对应物，多标量分类的结果证明了所提出的方法的有效性。此外，各种量子电路的研究表明，利用量子纠缠的诸如最佳分类评分。本研究强调了将量子计算应用于EO案例研究的潜在能力，并为期货调查提供了理论和实验背景。

鉴于HEP研究的核心，数据科学（DS）和机器学习（ML）在高能量物理学（HEP）中的作用增长良好和相关。此外，利用物理数据固有的对称性激发了物理信息的ML作为计算机科学研究的充满活力的子场。 HEP研究人员从广泛使用的材料中受益匪浅，可用于教育，培训和劳动力开发。他们还为这些材料做出了贡献，并为DS/ML相关的字段提供软件。物理部门越来越多地在DS，ML和物理学的交集上提供课程，通常使用HEP研究人员开发的课程，并涉及HEP中使用的开放软件和数据。在这份白皮书中，我们探讨了HEP研究与DS/ML教育之间的协同作用，讨论了此交叉路口的机会和挑战，并提出了将是互惠互利的社区活动。

“技术彩票”描述了一种研究思想或技术，因为它适合可用的软件和硬件，而不一定是因为它优于替代方向 - 审查是从深度学习和GPU的协同作用到GPU的协同效应，城市设计和自动驾驶汽车的断开连接。自动驾驶实验室（SDL）的新生领域，尤其是作为材料加速平台（地图）实施的新生领域，有类似陷阱的风险：构建地图的下一个逻辑步骤是采用现有的实验室设备和工作流并混合一些AI和自动化。在此白皮书中，我们认为，作为地图研究计划的一部分，将加速搜索新材料的相同模拟和AI工具也使得设计了根本新的计算媒体的设计。我们不必受到科学，机电一体化和通用计算的现有偏见的限制，而是我们可以通过网络物理学习和闭环，自我优化系统来追求工程物理学的新向量。在这里，我们概述了一个基于仿真的地图程序来设计使用物理本身来解决优化问题的计算机。这样的系统减轻了其他每类地图中存在的硬件软件 - 材料用户信息损失，并且它们在计算问题和计算介质之间完全对齐消除了任何技术彩票。我们提供了迈向早期“物理计算（PC）-MAP”进步的具体步骤，以及我们希望在材料研究人员和计算机科学家之间引入创新合作的新时代。

十年自2010年以来，人工智能成功一直处于计算机科学和技术的最前沿，传染媒介空间模型已经巩固了人工智能最前沿的位置。与此同时，量子计算机已经变得更加强大，主要进步的公告经常在新闻中。这些区域的基础的数学技术比有时意识到更多的共同之处。传染媒介空间在20世纪30年代的量子力学的公理心脏上采取了位置，这一采用是从矢量空间的线性几何形状推导逻辑和概率的关键动机。粒子之间的量子相互作用是使用张量产品进行建模的，其也用于表达人工神经网络中的物体和操作。本文介绍了这些常见的数学区域中的一些，包括如何在人工智能（AI）中使用的示例，特别是在自动推理和自然语言处理（NLP）中。讨论的技术包括矢量空间，标量产品，子空间和含义，正交投影和否定，双向矩阵，密度矩阵，正算子和张量产品。应用领域包括信息检索，分类和含义，建模字传感和歧义，知识库的推断和语义构成。其中一些方法可能会在量子硬件上实现。该实施中的许多实际步骤都处于早期阶段，其中一些已经实现了。解释一些常见的数学工具可以帮助AI和量子计算中的研究人员进一步利用这些重叠，识别和沿途探索新方向。

小型模块化反应堆的概念改变了解决未来能源危机的前景。考虑到其较低的投资要求，模块化，设计简单性和增强的安全功能，这种新的反应堆技术非常有希望。人工智能驱动的多尺度建模（中子，热液压，燃料性能等）在小型模块化反应堆的研究中纳入了数字双胞胎和相关的不确定性。在这项工作中，进行了一项关于耐亡燃料的多尺度建模的全面研究。探索了这些燃料在轻水的小型模块化反应堆中的应用。本章还重点介绍了机器学习和人工智能在设计优化，控制和监视小型模块反应器中的应用。最后，简要评估了有关人工智能在高燃烧复合事故耐受燃料的发展中的研究差距。还讨论了实现这些差距的必要行动。

We are currently unable to specify human goals and societal values in a way that reliably directs AI behavior. Law-making and legal interpretation form a computational engine that converts opaque human values into legible directives. "Law Informs Code" is the research agenda capturing complex computational legal processes, and embedding them in AI. Similar to how parties to a legal contract cannot foresee every potential contingency of their future relationship, and legislators cannot predict all the circumstances under which their proposed bills will be applied, we cannot ex ante specify rules that provably direct good AI behavior. Legal theory and practice have developed arrays of tools to address these specification problems. For instance, legal standards allow humans to develop shared understandings and adapt them to novel situations. In contrast to more prosaic uses of the law (e.g., as a deterrent of bad behavior through the threat of sanction), leveraged as an expression of how humans communicate their goals, and what society values, Law Informs Code. We describe how data generated by legal processes (methods of law-making, statutory interpretation, contract drafting, applications of legal standards, legal reasoning, etc.) can facilitate the robust specification of inherently vague human goals. This increases human-AI alignment and the local usefulness of AI. Toward society-AI alignment, we present a framework for understanding law as the applied philosophy of multi-agent alignment. Although law is partly a reflection of historically contingent political power - and thus not a perfect aggregation of citizen preferences - if properly parsed, its distillation offers the most legitimate computational comprehension of societal values available. If law eventually informs powerful AI, engaging in the deliberative political process to improve law takes on even more meaning.

数字化和自动化方面的快速进步导致医疗保健的加速增长，从而产生了新型模型，这些模型正在创造新的渠道，以降低成本。 Metaverse是一项在数字空间中的新兴技术，在医疗保健方面具有巨大的潜力，为患者和医生带来了现实的经验。荟萃分析是多种促成技术的汇合，例如人工智能，虚拟现实，增强现实，医疗设备，机器人技术，量子计算等。通过哪些方向可以探索提供优质医疗保健治疗和服务的新方向。这些技术的合并确保了身临其境，亲密和个性化的患者护理。它还提供自适应智能解决方案，以消除医疗保健提供者和接收器之间的障碍。本文对医疗保健的荟萃分析提供了全面的综述，强调了最新技术的状态，即采用医疗保健元元的能力技术，潜在的应用程序和相关项目。还确定了用于医疗保健应用的元元改编的问题，并强调了合理的解决方案作为未来研究方向的一部分。

FIG. 1. Schematic diagram of a Variational Quantum Algorithm (VQA). The inputs to a VQA are: a cost function C(θ), with θ a set of parameters that encodes the solution to the problem, an ansatz whose parameters are trained to minimize the cost, and (possibly) a set of training data {ρ k } used during the optimization. Here, the cost can often be expressed in the form in Eq. ( 3), for some set of functions {f k }. Also, the ansatz is shown as a parameterized quantum circuit (on the left), which is analogous to a neural network (also shown schematically on the right). At each iteration of the loop one uses a quantum computer to efficiently estimate the cost (or its gradients). This information is fed into a classical computer that leverages the power of optimizers to navigate the cost landscape C(θ) and solve the optimization problem in Eq. ( 1). Once a termination condition is met, the VQA outputs an estimate of the solution to the problem. The form of the output depends on the precise task at hand. The red box indicates some of the most common types of outputs.