2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專業(yè)題庫——量子信息處理中的信息傳輸技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪一項(xiàng)不是量子密鑰分發(fā)（QKD）的基本原理？A.量子不可克隆定理B.量子測量擾動定理C.海森堡不確定性原理D.信息的對稱加密2.實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)所必需的物理資源不包括：A.兩個粒子糾纏的糾纏對B.一個包含要傳送量子態(tài)信息的粒子C.一個量子存儲器D.一個經(jīng)典通信信道3.以下哪種量子信道模型被認(rèn)為是理想的，即不會引起任何信息損失？A.有損耗的量子信道B.退相干信道C.理想的無損耗信道D.量子糾纏信道4.量子中繼器的主要功能是：A.增強(qiáng)量子信號B.存儲量子信息C.連接多個量子節(jié)點(diǎn)D.加密量子信息5.以下哪一項(xiàng)不是量子網(wǎng)絡(luò)的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？A.星型拓?fù)銪.總線型拓?fù)銫.網(wǎng)狀拓?fù)銬.鏈型拓?fù)?.量子密鑰分發(fā)（QKD）協(xié)議BB84的核心思想是：A.利用量子態(tài)的不可克隆性進(jìn)行密鑰分發(fā)B.利用經(jīng)典信道傳輸加密信息C.利用量子糾纏進(jìn)行信息傳輸D.利用經(jīng)典信道傳輸量子態(tài)7.量子隱形傳態(tài)的主要優(yōu)勢是：A.傳輸速度極快B.傳輸信息量極大C.傳輸過程絕對安全D.可以傳輸任意量子態(tài)8.以下哪種技術(shù)不屬于量子信息的安全傳輸技術(shù)？A.安全量子隱形傳態(tài)B.抗攻擊的量子密鑰分發(fā)C.量子密碼學(xué)D.經(jīng)典密碼學(xué)9.量子中繼器的技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括：A.量子存儲器的退相干問題B.量子信道的損耗問題C.量子糾纏的制備和維持問題D.以上所有10.量子互聯(lián)網(wǎng)的潛在應(yīng)用不包括：A.分布式量子計算B.安全通信C.量子傳感D.經(jīng)典計算二、填空題（每題2分，共20分）1.量子密鑰分發(fā)（QKD）利用了量子力學(xué)中的______和______原理來保證密鑰分發(fā)的安全性。2.量子隱形傳態(tài)的過程主要包括三個步驟：準(zhǔn)備糾纏對、______和______。3.量子中繼器是實(shí)現(xiàn)長距離量子通信的關(guān)鍵技術(shù)，它可以克服______的限制。4.量子網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了網(wǎng)絡(luò)中量子節(jié)點(diǎn)的______和______。5.安全量子隱形傳態(tài)協(xié)議可以抵抗______和______兩種攻擊方式。6.量子存儲器在量子信息傳輸中起著______的作用，可以存儲量子信息以便后續(xù)處理。7.量子信道的主要性能指標(biāo)包括______、______和______。8.量子中繼器的性能主要取決于______、______和______等因素。9.量子互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建將帶來______、______和______等方面的革命性變化。10.目前，量子信息傳輸技術(shù)仍面臨的主要挑戰(zhàn)包括______、______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述量子密鑰分發(fā)（QKD）的基本原理。2.簡述量子隱形傳態(tài)與經(jīng)典信息傳輸?shù)膮^(qū)別。3.簡述量子中繼器的工作原理。4.簡述量子網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場景。四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一個量子信道的有損參數(shù)為0.1，試計算經(jīng)過該信道傳輸100個量子比特后，錯誤率是多少？（假設(shè)使用的是理想的量子糾錯編碼）2.假設(shè)一個量子中繼器的傳輸距離為1000公里，量子存儲器的退相干時間為1微秒，試分析該量子中繼器是否能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的量子通信。五、論述題（10分）結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展，談?wù)勀銓α孔踊ヂ?lián)網(wǎng)未來前景的看法。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.B6.A7.C8.D9.D10.D二、填空題1.量子不可克隆定理，量子測量擾動定理2.發(fā)送量子態(tài)信息，測量并傳輸測量結(jié)果3.量子信道的損耗4.連接方式，信息傳遞效率5.量子測量攻擊，量子信道注入攻擊6.中轉(zhuǎn)站7.傳輸距離，傳輸速率，錯誤率8.量子存儲器的性能，量子信道的質(zhì)量，中繼器的效率9.安全通信，分布式量子計算，量子傳感10.量子存儲器的退相干問題，量子信道的損耗問題，量子糾纏的制備和維持問題三、簡答題1.量子密鑰分發(fā)（QKD）利用量子力學(xué)中的不可克隆定理和測量擾動定理來保證密鑰分發(fā)的安全性。不可克隆定理指出，任何未知量子態(tài)都無法精確復(fù)制，因此任何竊聽行為都會不可避免地改變量子態(tài)，從而被合法用戶發(fā)現(xiàn)。測量擾動定理指出，對量子態(tài)的測量會不可避免地改變該量子態(tài)。QKD系統(tǒng)利用這些原理，通過量子信道傳輸量子態(tài)，并通過經(jīng)典信道比較密鑰，從而實(shí)現(xiàn)安全的密鑰分發(fā)。2.量子隱形傳態(tài)與經(jīng)典信息傳輸?shù)膮^(qū)別在于，量子隱形傳態(tài)傳輸?shù)氖橇孔討B(tài)本身，而不是量子態(tài)所代表的經(jīng)典信息。經(jīng)典信息傳輸可以通過經(jīng)典信道直接傳輸，而量子態(tài)由于量子疊加和糾纏的特性，無法直接復(fù)制和傳輸，需要利用量子糾纏和經(jīng)典信道進(jìn)行傳輸。此外，量子隱形傳態(tài)的傳輸過程需要滿足一定的條件，例如需要使用糾纏對和量子存儲器，而經(jīng)典信息傳輸則沒有這些限制。3.量子中繼器的工作原理類似于經(jīng)典通信中的中繼站。它接收來自一個節(jié)點(diǎn)的量子態(tài)，并在存儲一定時間后，根據(jù)接收到的量子態(tài)和另一個節(jié)點(diǎn)的信息，將量子態(tài)發(fā)送到下一個節(jié)點(diǎn)。量子中繼器需要解決量子存儲、量子邏輯門操作和量子信道傳輸?shù)葐栴}，以實(shí)現(xiàn)量子信息的可靠傳輸。4.量子網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用場景包括分布式量子計算、安全通信和量子傳感。分布式量子計算可以利用量子網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)多個量子計算機(jī)之間的協(xié)同計算，解決經(jīng)典計算機(jī)難以解決的問題。安全通信可以利用量子網(wǎng)絡(luò)的特性，實(shí)現(xiàn)絕對安全的密鑰分發(fā)和通信。量子傳感可以利用量子網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)多個量子傳感器之間的協(xié)同測量，提高傳感器的精度和范圍。四、計算題1.錯誤率=損耗參數(shù)^傳輸?shù)牧孔颖忍財?shù)=0.1^100≈7.8886x10