2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——量子信息科學(xué)在虛擬安全中的實(shí)踐應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項(xiàng)不是量子比特的主要特性？A.存在疊加態(tài)B.存在糾纏態(tài)C.可被復(fù)制D.具有測(cè)量坍縮效應(yīng)2.BB84量子密鑰分發(fā)協(xié)議中，使用的量子態(tài)數(shù)量為？A.1B.2C.4D.83.Shor算法能夠破解的密碼體系是？A.DESB.RSAC.AESD.ECC4.下列哪一項(xiàng)不是當(dāng)前主要的抗量子密碼學(xué)研究方向？A.基于格的密碼學(xué)B.基于編碼的密碼學(xué)C.基于哈希的密碼學(xué)D.基于生物特征的密碼學(xué)5.量子隱形傳態(tài)可以實(shí)現(xiàn)？A.量子信息的存儲(chǔ)B.量子信息的復(fù)制C.量子信息在空間上的瞬間傳輸D.量子信息的加密二、填空題1.量子不可克隆定理指出，任何__________的克隆機(jī)都無(wú)法精確復(fù)制一個(gè)未知的量子態(tài)。2.量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性依賴于量子力學(xué)的基本原理，例如__________和__________。3.量子計(jì)算的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠高效解決某些經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以解決的問(wèn)題，例如__________。4.抗量子密碼學(xué)需要滿足的安全性要求包括__________和__________。5.量子安全多方計(jì)算是指多個(gè)參與方在不泄露各自輸入信息的情況下，共同計(jì)算一個(gè)函數(shù)的過(guò)程。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述量子疊加態(tài)的概念及其在量子計(jì)算中的意義。2.簡(jiǎn)述E91量子密鑰分發(fā)協(xié)議的基本原理。3.簡(jiǎn)述量子計(jì)算對(duì)RSA密碼體系構(gòu)成威脅的原因。4.簡(jiǎn)述量子安全多方計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景。四、論述題1.論述量子密碼學(xué)相對(duì)于經(jīng)典密碼學(xué)的優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)。2.論述量子信息科學(xué)在虛擬安全領(lǐng)域除了量子密碼學(xué)之外的其他應(yīng)用前景。五、方案設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個(gè)基于量子安全多方計(jì)算的方案，實(shí)現(xiàn)三個(gè)參與方共同計(jì)算一個(gè)最大公約數(shù)的功能，并簡(jiǎn)要說(shuō)明該方案的安全性原理。試卷答案一、選擇題1.C解析：量子不可克隆定理是量子信息科學(xué)的重要原理，指出無(wú)法精確復(fù)制一個(gè)未知的量子態(tài)。2.C解析：BB84協(xié)議使用四種不同的量子態(tài)（|0?,|1?,|+?,|-?）來(lái)編碼信息。3.B解析：Shor算法是一種量子算法，能夠高效分解大整數(shù)，從而破解RSA密碼體系。4.D解析：抗量子密碼學(xué)研究方向主要關(guān)注抵抗量子計(jì)算機(jī)攻擊的密碼算法，基于生物特征的密碼學(xué)不屬于此范疇。5.C解析：量子隱形傳態(tài)是指將一個(gè)量子態(tài)的信息傳輸?shù)搅硪粋€(gè)量子態(tài)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)的是信息在空間上的瞬間傳輸。二、填空題1.純粹解析：量子不可克隆定理指出，任何純粹的克隆機(jī)都無(wú)法精確復(fù)制一個(gè)未知的量子態(tài)。2.量子不可克隆定理；測(cè)不準(zhǔn)原理解析：量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性依賴于量子力學(xué)的基本原理，例如量子不可克隆定理和測(cè)不準(zhǔn)原理。3.大整數(shù)分解問(wèn)題解析：量子計(jì)算的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠高效解決某些經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以解決的問(wèn)題，例如大整數(shù)分解問(wèn)題。4.不可偽造性；不可追蹤性解析：抗量子密碼學(xué)需要滿足的安全性要求包括不可偽造性和不可追蹤性。5.安全性解析：量子安全多方計(jì)算是指多個(gè)參與方在不泄露各自輸入信息的情況下，共同計(jì)算一個(gè)函數(shù)的過(guò)程。三、簡(jiǎn)答題1.量子疊加態(tài)是指一個(gè)量子比特可以同時(shí)處于|0?和|1?的線性組合狀態(tài)，例如α|0?+β|1?，其中α和β是復(fù)數(shù)，且滿足|α|2+|β|2=1。疊加態(tài)是量子計(jì)算并行性的基礎(chǔ)，允許量子計(jì)算機(jī)同時(shí)處理多種可能性。2.E91協(xié)議是一種基于貝爾不等式的量子密鑰分發(fā)協(xié)議。它利用兩個(gè)糾纏粒子在不同測(cè)量基下的測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)性來(lái)探測(cè)竊聽(tīng)行為。協(xié)議中，發(fā)送方隨機(jī)選擇測(cè)量基進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果編碼在粒子上發(fā)送給接收方。接收方也進(jìn)行隨機(jī)測(cè)量，并記錄測(cè)量結(jié)果和對(duì)應(yīng)的測(cè)量基。雙方隨后公開(kāi)各自選擇的測(cè)量基，并對(duì)相同測(cè)量基的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算相關(guān)性。如果存在竊聽(tīng)者，相關(guān)性將低于理論值，從而可以檢測(cè)到竊聽(tīng)行為。3.RSA密碼體系依賴于大整數(shù)分解的困難性。Shor算法是一種量子算法，能夠高效分解大整數(shù)，從而在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)破解RSA密碼體系。這意味著，如果量子計(jì)算機(jī)發(fā)展到足夠強(qiáng)大的程度，現(xiàn)有的RSA密碼體系將不再安全。4.量子安全多方計(jì)算可以應(yīng)用于需要多方共同計(jì)算一個(gè)函數(shù)，但又不希望泄露各自輸入信息的場(chǎng)景。例如，在金融領(lǐng)域，多個(gè)銀行可以共同計(jì)算一個(gè)投資組合的風(fēng)險(xiǎn)，但每個(gè)銀行都不希望泄露其具體的投資信息。四、論述題1.量子密碼學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于其理論上的無(wú)條件安全性，即任何竊聽(tīng)行為都無(wú)法在不破壞量子態(tài)的情況下獲取信息，從而可以實(shí)時(shí)檢測(cè)到竊聽(tīng)行為。然而，量子密碼學(xué)也面臨著一些挑戰(zhàn)，例如設(shè)備實(shí)現(xiàn)難度大、成本高、傳輸距離有限等。2.量子信息科學(xué)在虛擬安全領(lǐng)域除了量子密碼學(xué)之外，還可能有以下應(yīng)用前景：量子安全多方計(jì)算、量子數(shù)字簽名、量子安全存儲(chǔ)、量子認(rèn)證等。這些應(yīng)用可以利用量子力學(xué)的特性，提供更安全、更可靠的虛擬安全解決方案。五、方案設(shè)計(jì)題方案：1.三個(gè)參與方（P1,P2,P3）各自選擇一個(gè)整數(shù)作為輸入（x1,x2,x3）。2.P1,P2,P3使用一個(gè)已知的量子安全多方計(jì)算協(xié)議（例如基于QSDPC或QSDS的協(xié)議）來(lái)共同計(jì)算一個(gè)函數(shù)f(x1,x2,x3)，該函數(shù)輸出x1,x2,x3的最大公約數(shù)（GCD）。3.協(xié)議執(zhí)行完畢后，P1,P2,P3共同獲得GCD的值，但每個(gè)參與方都無(wú)法獲知其他參與方的輸入值x1,x2,x3。安全性原理：該方案的安全性依賴于所使用的量子安全多方計(jì)算協(xié)議的安全性。量子安全多