2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——量子信息處理技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、量子比特（qubit）與經(jīng)典比特相比，最根本的不同在于它能夠處于0和1的疊加態(tài)。請(qǐng)解釋量子疊加態(tài)的物理意義，并簡(jiǎn)要說(shuō)明為何這種特性使得量子計(jì)算機(jī)在處理某些特定問(wèn)題時(shí)具有潛力。二、量子密鑰分發(fā)（QKD）利用了量子力學(xué)的基本原理來(lái)保證密鑰分發(fā)的安全性。請(qǐng)闡述QKD之所以能夠抵抗竊聽(tīng)的關(guān)鍵原理（基于海森堡不確定性原理或量子不可克隆定理均可）。并簡(jiǎn)述BB84協(xié)議中，信息比特與量子態(tài)之間的映射關(guān)系是如何實(shí)現(xiàn)密鑰的安全性的。三、Shor算法被認(rèn)為是量子計(jì)算對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)構(gòu)成威脅的關(guān)鍵算法之一。請(qǐng)簡(jiǎn)述Shor算法能夠高效分解大整數(shù)的基本思想（無(wú)需深入數(shù)學(xué)細(xì)節(jié)，說(shuō)明其利用了量子并行性和相位演化等核心概念即可）。并說(shuō)明其成功對(duì)軍事信息安全可能產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。四、量子傳感技術(shù)利用量子系統(tǒng)的特性來(lái)達(dá)到超越經(jīng)典傳感器的靈敏度。請(qǐng)以量子雷達(dá)或量子引力波探測(cè)器為例，說(shuō)明量子傳感是如何實(shí)現(xiàn)更高的探測(cè)靈敏度的？并簡(jiǎn)述當(dāng)前量子傳感技術(shù)在軍事應(yīng)用方面可能面臨的挑戰(zhàn)。五、假設(shè)未來(lái)量子計(jì)算技術(shù)成熟，軍事領(lǐng)域中的戰(zhàn)略推演模擬可能會(huì)發(fā)生革命性變化。請(qǐng)結(jié)合量子計(jì)算的并行處理能力，闡述量子計(jì)算在優(yōu)化大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)軍事模擬（如多兵種協(xié)同作戰(zhàn)、后勤資源調(diào)度）方面可能具有的優(yōu)勢(shì)。并思考這種優(yōu)勢(shì)可能如何改變軍事戰(zhàn)略規(guī)劃與決策模式。六、量子不可克隆定理指出，不可能復(fù)制一個(gè)未知的量子態(tài)，且任何試圖復(fù)制量子態(tài)的操作都會(huì)破壞原始量子態(tài)。請(qǐng)結(jié)合這一原理，構(gòu)思一種利用該特性進(jìn)行隱蔽通信或干擾敵方探測(cè)系統(tǒng)的基本概念或思路。七、比較量子密碼學(xué)（QKD）和量子計(jì)算（如Shor算法）在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景。兩者各自面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是什么？從當(dāng)前發(fā)展階段來(lái)看，哪項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍事應(yīng)用的潛力更大？請(qǐng)闡述你的理由。八、隨著量子技術(shù)的發(fā)展，如何在軍隊(duì)中培養(yǎng)具備相關(guān)知識(shí)和技能的人才，以及如何構(gòu)建適應(yīng)量子時(shí)代的軍事信息基礎(chǔ)設(shè)施，成為重要議題。請(qǐng)就量子技術(shù)在軍事領(lǐng)域的普及應(yīng)用，談?wù)勀銓?duì)軍事人才培養(yǎng)和信息體系建設(shè)方面的看法和建議。試卷答案一、解析思路：首先定義量子疊加態(tài)，即量子比特可以同時(shí)處于0和1的線性組合狀態(tài)。然后解釋其物理意義，即在測(cè)量前，量子比特的存在多種可能性的線性疊加，具有不確定性。最后，說(shuō)明這種疊加態(tài)的量子并行性是量子計(jì)算機(jī)強(qiáng)大計(jì)算能力的根源，使其能同時(shí)探索多種計(jì)算路徑，潛力巨大。二、解析思路：選擇基于量子不可克隆定理的解釋。首先說(shuō)明任何對(duì)量子態(tài)的復(fù)制嘗試都會(huì)不可避免地改變?cè)剂孔討B(tài)。然后解釋QKD利用此原理，若竊聽(tīng)者試圖測(cè)量傳輸?shù)牧孔討B(tài)，必然引入擾動(dòng)，從而被合法通信雙方通過(guò)比較部分密鑰比特檢測(cè)出來(lái)。選擇基于海森堡不確定性原理的解釋時(shí)，說(shuō)明測(cè)量特定量子屬性（如偏振方向）會(huì)不可避免地改變另一個(gè)相關(guān)屬性的狀態(tài)，因此竊聽(tīng)者測(cè)量行為會(huì)留下痕跡。BB84協(xié)議的安全性源于密鑰在傳輸過(guò)程中以隨機(jī)的量子態(tài)編碼，且解密密鑰的映射方式也是隨機(jī)的，只有合法接收方知道映射關(guān)系，確保了密鑰的機(jī)密性。三、解析思路：首先說(shuō)明Shor算法的核心思想是利用量子計(jì)算的并行性，能夠同時(shí)嘗試所有可能的因數(shù)。其次，解釋它通過(guò)量子傅里葉變換等操作，將大數(shù)分解問(wèn)題的難度從經(jīng)典計(jì)算的指數(shù)級(jí)降低到多項(xiàng)式級(jí)。關(guān)鍵在于量子傅里葉變換能夠高效地找到周期性模式，從而揭示因數(shù)關(guān)系。最后，說(shuō)明其對(duì)軍事密碼學(xué)的影響，特別是對(duì)基于大數(shù)分解難題的傳統(tǒng)公鑰體系（如RSA）的破解能力，將嚴(yán)重威脅現(xiàn)有軍事通信和加密系統(tǒng)的安全。四、解析思路：以量子雷達(dá)為例，說(shuō)明其利用糾纏態(tài)的量子傳感器（如糾纏光子對(duì)）作為探測(cè)載體。當(dāng)量子態(tài)被目標(biāo)散射后，其糾纏狀態(tài)會(huì)被破壞，這種破壞可以通過(guò)特定的測(cè)量方式被探測(cè)到，即使散射信號(hào)微弱到經(jīng)典雷達(dá)無(wú)法察覺(jué)。這利用了量子態(tài)的相干性和糾纏特性提高了探測(cè)的靈敏度和信噪比。挑戰(zhàn)方面，提及量子傳感器的制備和維持難度、環(huán)境退相干的影響、系統(tǒng)小型化和集成化、以及成本高等技術(shù)瓶頸。五、解析思路：闡述量子計(jì)算的并行性?xún)?yōu)勢(shì)，即能夠同時(shí)處理模擬中涉及的大量變量和復(fù)雜相互作用，而經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要逐級(jí)求解或采用近似方法。在軍事模擬中，這意味著可以更快速、更精確地構(gòu)建包含眾多兵力、裝備、地形、天氣等因素的復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型。優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：1）縮短戰(zhàn)略推演和作戰(zhàn)方案生成的時(shí)間；2）提高模擬的保真度和深度，更貼近實(shí)戰(zhàn)；3）支持更復(fù)雜的優(yōu)化算法，找到更優(yōu)的戰(zhàn)略部署和資源調(diào)度方案。這可能改變從戰(zhàn)略規(guī)劃、作戰(zhàn)準(zhǔn)備到實(shí)時(shí)決策的全過(guò)程，使決策更加科學(xué)和高效。六、解析思路：利用量子不可克隆定理，可以設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)，其中信息編碼在量子態(tài)中。發(fā)送方將信息編碼到一個(gè)未知量子態(tài)上，并試圖復(fù)制該量子態(tài)給接收方。根據(jù)不可克隆定理，任何復(fù)制過(guò)程都會(huì)失敗或改變?cè)剂孔討B(tài)。接收方收到的量子態(tài)可能包含部分信息，也可能是一個(gè)完全不同的、無(wú)信息的態(tài)。發(fā)送方可以通過(guò)某種預(yù)先約定的協(xié)議，讓接收方能夠區(qū)分這兩種情況（例如，測(cè)量特定屬性后反饋結(jié)果）。如果接收方成功收到含有信息的量子態(tài)，則證明通信鏈路是安全的；如果收到的是無(wú)信息的態(tài)或復(fù)制失敗的態(tài)，則表明存在竊聽(tīng)，因?yàn)楦`聽(tīng)者的干擾會(huì)暴露出來(lái)。思路可以是利用量子隱形傳態(tài)結(jié)合不可克隆性，或設(shè)計(jì)基于量子態(tài)測(cè)量反饋的認(rèn)證機(jī)制。七、解析思路：QKD主要解決通信保密性問(wèn)題，確保密鑰分發(fā)的安全，其技術(shù)挑戰(zhàn)在于距離限制、對(duì)光源和探測(cè)器的苛刻要求、易受側(cè)信道攻擊以及系統(tǒng)成本等。量子計(jì)算（如Shor算法）的挑戰(zhàn)在于量子計(jì)算機(jī)的物理實(shí)現(xiàn)（如超導(dǎo)、離子阱、光量子等）仍處于早期階段，面臨量子比特?cái)?shù)量、相干時(shí)間、錯(cuò)誤率控制等重大技術(shù)難題，距離實(shí)用化還有很長(zhǎng)的路要走。從當(dāng)前發(fā)展階段看，QKD技術(shù)相對(duì)成熟，已在特定場(chǎng)景（如政府、金融）試點(diǎn)應(yīng)用，其軍事應(yīng)用潛力更近。而量子計(jì)算雖然潛力巨大，但軍事應(yīng)用可能仍需等待其技術(shù)突破和成熟。因此，QKD在近期軍事應(yīng)用潛力更大，但量子計(jì)算的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響可能更為顛覆性。八、解析思路：人才培養(yǎng)方面，應(yīng)盡早將量子基礎(chǔ)知識(shí)納入相關(guān)軍事院校課程體系，培養(yǎng)基礎(chǔ)理論人才；同時(shí)，設(shè)立專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)或交叉學(xué)科項(xiàng)目，培養(yǎng)掌握量子技術(shù)、熟悉軍事需求的復(fù)合型高級(jí)人才，如量子密碼專(zhuān)家、量子計(jì)算應(yīng)用工程師、量子傳感器研發(fā)人員等。信息體系建設(shè)方面，需規(guī)劃