2025年大學《量子信息科學》專業(yè)題庫——量子隱形傳輸?shù)膶嶒烌炞C考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項不是量子隱形傳輸所依賴的基本物理資源？A.量子糾纏B.量子不可克隆定理C.量子存儲器D.經(jīng)典通信信道2.貝爾不等式的主要作用是？A.證明量子力學的正確性B.限制經(jīng)典通信的速度C.描述量子態(tài)的演化和測量D.驗證量子糾纏的存在3.在基于貝爾態(tài)測量的量子隱形傳輸實驗中，發(fā)送端需要對兩個粒子進行怎樣的操作？A.對粒子進行隨機測量B.對粒子進行相干演化C.對粒子進行經(jīng)典編碼D.對粒子不進行任何操作4.量子隱形傳輸過程中，傳輸?shù)牧孔討B(tài)被測量了嗎？A.是的，在發(fā)送端被測量B.是的，在接收端被測量C.量子態(tài)沒有被測量，只是信息被傳輸D.只有糾纏粒子被測量5.下列哪一項不是量子隱形傳輸實驗中面臨的主要挑戰(zhàn)？A.量子態(tài)的退相干B.量子測量的精度C.經(jīng)典通信的延遲D.量子信道的損耗6.連續(xù)變量量子隱形傳輸通常使用哪種物理系統(tǒng)？A.光子偏振態(tài)B.電子自旋態(tài)C.原子內(nèi)部能級D.量子點能級7.量子存儲器在量子隱形傳輸中的作用是？A.存儲經(jīng)典信息B.存儲量子態(tài)C.產(chǎn)生量子糾纏D.放大量子信號8.量子隱形傳輸與量子隱形傳態(tài)（Telerobotics）的主要區(qū)別在于？A.傳輸?shù)牧孔討B(tài)不同B.實驗方案不同C.是否需要經(jīng)典通信D.是否需要量子存儲器9.量子糾錯技術(shù)在量子隱形傳輸中的作用是？A.提高量子態(tài)的保真度B.增強量子信道的傳輸速率C.降低實驗設備的成本D.消除實驗中的噪聲干擾10.目前量子隱形傳輸實驗中最常用的粒子是？A.中子B.原子C.光子D.電子二、填空題（每空1分，共15分）1.量子隱形傳輸利用了______和______來實現(xiàn)量子態(tài)的遠程傳輸。2.貝爾不等式是檢驗______存在的重要工具。3.量子隱形傳輸實驗中，通常需要使用______來制備糾纏粒子對。4.量子態(tài)的保真度是衡量量子隱形傳輸______的指標。5.量子隱形傳輸實驗中，經(jīng)典通信信道的作用是傳輸______。6.連續(xù)變量量子隱形傳輸中，通常使用______和______作為量子態(tài)的度量子。7.量子存儲器可以用來存儲______，從而實現(xiàn)______的量子隱形傳輸。8.量子隱形傳輸實驗中，噪聲的主要來源包括______、______和______。9.量子糾錯編碼可以提高量子態(tài)傳輸?shù)腳_____，從而提高量子通信的______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述量子隱形傳輸?shù)幕驹怼?.簡述基于貝爾態(tài)測量的量子隱形傳輸實驗方案。3.簡述量子隱形傳輸實驗中主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。4.簡述量子隱形傳輸在量子通信中的應用前景。四、計算題（10分）假設在某個量子隱形傳輸實驗中，傳輸?shù)牧孔討B(tài)為$|\psi\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle+|1\rangle)$，實驗方案基于貝爾態(tài)測量。發(fā)送端對粒子A進行測量，測量結(jié)果為+1，接收端粒子B的量子態(tài)將變?yōu)槭裁?？請計算接收端粒子B的量子態(tài)與原始量子態(tài)$|\psi\rangle$之間的保真度。五、論述題（15分）比較基于貝爾態(tài)測量的量子隱形傳輸和基于連續(xù)變量量子隱形傳輸?shù)膬?yōu)缺點，并探討未來量子隱形傳輸技術(shù)的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.B5.C6.A7.B8.C9.A10.C二、填空題1.量子糾纏，經(jīng)典通信2.量子糾纏3.原子或光子源4.保真度5.測量結(jié)果6.光子偏振，光子頻率或光子數(shù)7.量子態(tài)，受控量子隱形傳輸8.量子態(tài)退相干，量子測量噪聲，量子信道損耗9.保真度，安全性三、簡答題1.量子隱形傳輸利用量子糾纏和經(jīng)典通信，將一個未知量子態(tài)從一個粒子傳輸?shù)搅硪粋€遠程粒子上。發(fā)送端對本地粒子和待傳輸粒子進行貝爾態(tài)測量，并將測量結(jié)果通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收端。接收端根據(jù)測量結(jié)果對本地粒子進行相應的幺正演化，最終遠程粒子就處于與發(fā)送端初始粒子相同的量子態(tài)。2.基于貝爾態(tài)測量的量子隱形傳輸實驗方案包括：首先，在發(fā)送端和接收端之間制備一對處于貝爾態(tài)的糾纏粒子，例如$|\Phi^+\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|00\rangle+|11\rangle)$；其次，發(fā)送端對本地粒子進行隨機貝爾態(tài)測量，并將測量結(jié)果通過經(jīng)典信道發(fā)送給接收端；最后，接收端根據(jù)測量結(jié)果對本地粒子進行相應的幺正演化，例如對于測量結(jié)果+1，接收端需要對本地粒子進行$X$門操作。3.量子隱形傳輸實驗中主要的技術(shù)挑戰(zhàn)包括：量子態(tài)的退相干，即量子態(tài)在與其他環(huán)境相互作用時失去其量子特性；量子測量的精度，即測量過程引入的噪聲會影響量子態(tài)的保真度；量子信道的損耗和噪聲，即量子信息在傳輸過程中會因信道質(zhì)量而衰減或被篡改；實驗設備的精度和穩(wěn)定性，即實驗設備的性能限制了量子隱形傳輸?shù)男屎捅Ｕ娑取?.量子隱形傳輸在量子通信中具有廣闊的應用前景，例如可以用于實現(xiàn)超安全的量子密鑰分發(fā)，通過量子隱形傳輸傳輸密鑰，可以保證密鑰分發(fā)的安全性；可以用于構(gòu)建量子網(wǎng)絡，通過量子隱形傳輸連接量子計算機或量子傳感器，實現(xiàn)量子信息的共享和交換；可以用于實現(xiàn)量子計算，通過量子隱形傳輸將量子態(tài)在量子計算機之間傳輸，可以提高量子計算的效率和并行性。四、計算題發(fā)送端粒子A的測量結(jié)果為+1，根據(jù)貝爾態(tài)$|\Phi^+\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|00\rangle+|11\rangle)$，測量結(jié)果+1對應的投影算符為$\frac{1}{2}(|00\rangle+|11\rangle)$。因此，粒子A和粒子B的狀態(tài)將變?yōu)椋?$\frac{1}{2}(|00\rangle+|11\rangle)\otimes(|0\rangle+|1\rangle)=\frac{1}{2}(|000\rangle+|001\rangle+|110\rangle+|111\rangle)$$接收端需要對本地粒子B進行$X$門操作，即$X=\begin{pmatrix}0&1\\1&0\end{pmatrix}$，則接收端粒子B的狀態(tài)將變?yōu)椋?$\frac{1}{2}(|000\rangle+|001\rangle+|111\rangle+|110\rangle)=\frac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle+|1\rangle)$$原始量子態(tài)$|\psi\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle+|1\rangle)$，保真度$F$定義為：$$F=\left|\langle\psi_1|\psi_2\rangle\right|^2$$其中$\psi_1$為原始量子態(tài)，$\psi_2$為接收端粒子B的狀態(tài)。計算內(nèi)積：$$\langle\psi_1|\psi_2\rangle=\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\langle0|+\frac{1}{\sqrt{2}}\langle1|\right)\left(\frac{1}{\sqrt{2}}(|0\rangle+|1\rangle)\right)=\frac{1}{2}(1+1)=1$$因此，保真度$F=|1|^2=1$。即接收端粒子B的量子態(tài)與原始量子態(tài)$|\psi\rangle$之間的保真度為1。五、論述題基于貝爾態(tài)測量的量子隱形傳輸和基于連續(xù)變量量子隱形傳輸是兩種主要的量子隱形傳輸方案，它們各有優(yōu)缺點?；谪悹枒B(tài)測量的量子隱形傳輸?shù)膬?yōu)點是原理簡單，實驗方案相對容易實現(xiàn)，保真度較高。缺點是傳輸速率較低，因為需要通過經(jīng)典信道傳輸大量的測量結(jié)果，并且對實驗環(huán)境的穩(wěn)定性要求較高，容易受到退相干和噪聲的影響。基于連續(xù)變量量子隱形傳輸?shù)膬?yōu)點是傳輸速率較高，因為可以使用連續(xù)變量表示量子態(tài)，并且可以使用相干態(tài)作為糾纏資源，對實驗環(huán)境的穩(wěn)定性要求較低。缺點是實驗方案相對復雜，需要高精度的連續(xù)變量量子態(tài)制備和