2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專業(yè)題庫——量子信息科學(xué)在城市服務(wù)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在答題紙上。）1.量子比特（Qubit）與經(jīng)典比特的主要區(qū)別在于其能夠利用什么特性來表示信息？A.硬件實(shí)現(xiàn)方式B.可靠性C.量子疊加D.量子糾纏2.下列哪項(xiàng)不是目前量子計(jì)算相較于經(jīng)典計(jì)算的主要優(yōu)勢領(lǐng)域？A.大規(guī)模并行處理B.實(shí)現(xiàn)特定算法的高效求解C.保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕^對(duì)安全D.處理復(fù)雜系統(tǒng)的模擬3.在城市智能交通系統(tǒng)中，量子優(yōu)化算法主要可以應(yīng)用于解決什么類型的問題？A.量子加密通信B.實(shí)時(shí)路況信息的采集C.車輛路徑優(yōu)化與交通流調(diào)度D.自動(dòng)駕駛汽車的傳感器數(shù)據(jù)處理4.量子密鑰分發(fā)（QKD）技術(shù)最主要的優(yōu)勢在于能夠提供什么級(jí)別的安全保障？A.數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)加密B.防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被竊聽或篡改C.實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸D.自動(dòng)識(shí)別和攔截網(wǎng)絡(luò)攻擊5.量子傳感器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出的潛力，主要源于其在探測何種物理量方面可能達(dá)到超越經(jīng)典傳感器的精度？A.溫度和壓力B.電荷和磁場C.時(shí)間和頻率D.粒子濃度和化學(xué)成分6.量子計(jì)算在藥物研發(fā)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用主要體現(xiàn)在哪里？A.直接合成新藥物B.加速分子動(dòng)力學(xué)模擬，預(yù)測藥物分子與靶點(diǎn)的相互作用C.自動(dòng)化臨床試驗(yàn)過程D.遠(yuǎn)程診斷病人病情7.當(dāng)前的量子計(jì)算技術(shù)，在應(yīng)用于大規(guī)模城市服務(wù)系統(tǒng)時(shí)，面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.量子比特?cái)?shù)量不足且容易出錯(cuò)B.城市用戶對(duì)量子技術(shù)的接受度低C.量子計(jì)算機(jī)成本過高，難以大規(guī)模部署D.城市環(huán)境對(duì)量子設(shè)備的電磁干擾過大8.量子互聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)是什么？A.建立全球最大的量子計(jì)算中心B.實(shí)現(xiàn)基于量子密鑰分發(fā)的無條件安全通信網(wǎng)絡(luò)C.使所有城市服務(wù)都由量子計(jì)算機(jī)直接控制D.利用量子糾纏實(shí)現(xiàn)超光速信息傳輸9.在智慧安防領(lǐng)域，量子計(jì)算可能通過哪種方式提供幫助？A.實(shí)現(xiàn)完全不可破解的視頻監(jiān)控加密B.利用量子算法進(jìn)行更高效的復(fù)雜場景下的目標(biāo)識(shí)別和異常檢測C.自動(dòng)化所有安防決策過程D.物理上阻止非法入侵行為10.下列哪項(xiàng)是量子信息科學(xué)在城市服務(wù)應(yīng)用中可能帶來的長遠(yuǎn)影響？A.完全取代現(xiàn)有的城市信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施B.為城市管理提供前所未有的數(shù)據(jù)分析和決策支持能力C.導(dǎo)致城市服務(wù)成本急劇下降D.自動(dòng)解決所有城市交通擁堵問題二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.量子信息科學(xué)的核心資源包括______、量子糾纏和量子算法。2.利用量子疊加特性，一個(gè)量子比特可以同時(shí)表示______和0兩種狀態(tài)。3.Shor算法是當(dāng)前認(rèn)為能夠威脅______安全性的量子算法之一。4.量子密鑰分發(fā)（QKD）利用了量子力學(xué)中的______原理，確保密鑰分發(fā)的安全性。5.在城市環(huán)境監(jiān)測中，量子傳感器有望實(shí)現(xiàn)對(duì)______等微小變化的高精度探測。6.量子優(yōu)化算法在解決大規(guī)模組合優(yōu)化問題時(shí)，理論上具有超越經(jīng)典算法的______潛力。7.目前的量子計(jì)算硬件主要分為超導(dǎo)、離子阱、光量子計(jì)算等類型，普遍面臨______和______的挑戰(zhàn)。8.量子技術(shù)應(yīng)用于城市服務(wù)，不僅需要技術(shù)突破，也需要考慮與現(xiàn)有______的兼容性問題。9.量子通信網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的______基礎(chǔ)。10.量子信息科學(xué)對(duì)城市服務(wù)帶來的影響，體現(xiàn)了______與______深度融合的趨勢。三、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.簡述量子疊加和量子糾纏這兩個(gè)量子力學(xué)的核心特性，并分別說明它們在量子信息處理中的潛在應(yīng)用價(jià)值。2.簡要說明量子密鑰分發(fā)（QKD）的基本原理，以及它如何提供比傳統(tǒng)加密方式更高的安全性保證。3.闡述量子優(yōu)化算法解決城市交通流量預(yù)測與調(diào)度問題的基本思路。4.分析將量子技術(shù)應(yīng)用于城市公共健康服務(wù)可能帶來的益處和潛在挑戰(zhàn)。四、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)將答案填寫在答題紙上。）1.論述量子計(jì)算在加速城市規(guī)劃中的潛在作用，可以結(jié)合具體的優(yōu)化問題進(jìn)行說明。2.深入探討量子技術(shù)（如QKD）在構(gòu)建未來城市安全通信網(wǎng)絡(luò)中的重要性，分析其面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。3.面對(duì)當(dāng)前量子計(jì)算技術(shù)（如量子比特的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性等）的局限性，你認(rèn)為量子信息科學(xué)在未來多少年內(nèi)能夠在哪些具體的城市服務(wù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)有意義的、可見的應(yīng)用？請(qǐng)闡述你的理由。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.B5.D6.B7.A8.B9.B10.B二、填空題1.量子比特2.13.公鑰密碼4.不可克隆5.污染物濃度、氣候變化指標(biāo)等（或具體化學(xué)/物理量）6.效率（或速度）7.穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性（或錯(cuò)誤率、規(guī)?；?.基礎(chǔ)設(shè)施9.端到端（或核心網(wǎng)絡(luò)）10.物理學(xué)、信息科學(xué)/計(jì)算機(jī)科學(xué)三、簡答題1.解析思路：分別解釋量子疊加（量子比特可以處于0和1的線性組合狀態(tài)，具有并行性）和量子糾纏（兩個(gè)或多個(gè)量子比特之間存在的特殊關(guān)聯(lián)，測量一個(gè)的狀態(tài)會(huì)瞬間影響另一個(gè)的狀態(tài)，具有非定域性）。應(yīng)用價(jià)值上，疊加用于并行處理信息，糾纏用于實(shí)現(xiàn)量子通信的某些特性或量子計(jì)算的量子并行和糾纏態(tài)操控。2.解析思路：解釋QKD利用單光子或糾纏光子對(duì)進(jìn)行密鑰分發(fā)的原理，強(qiáng)調(diào)測量過程會(huì)改變光子的量子態(tài)，從而可以檢測到竊聽行為。安全性保證在于基于量子力學(xué)基本原理（如測不準(zhǔn)原理、不可克隆定理），任何竊聽嘗試都會(huì)留下痕跡。3.解析思路：說明城市交通流量預(yù)測與調(diào)度是復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。量子優(yōu)化算法（如變分量子本征求解器VQE、量子退火器）能夠處理高維、非線性的復(fù)雜搜索空間，理論上比經(jīng)典算法更高效地找到近似最優(yōu)的交通流分配方案或路徑規(guī)劃。4.解析思路：益處方面，可提及加速新藥研發(fā)（分子模擬）、提升醫(yī)療大數(shù)據(jù)分析能力（疾病預(yù)測）、保障電子病歷安全（量子加密）。挑戰(zhàn)方面，涉及技術(shù)成熟度、成本、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、倫理法規(guī)、與現(xiàn)有醫(yī)療信息系統(tǒng)集成等。四、論述題1.解析思路：論述可以從量子優(yōu)化算法的角度出發(fā)，說明城市規(guī)劃涉及多目標(biāo)優(yōu)化問題（如交通效率、環(huán)境、公平性）。量子算法（如QAOA、量子近似優(yōu)化算法）能夠處理這些復(fù)雜的約束和目標(biāo)，搜索更優(yōu)的城市布局方案、基礎(chǔ)設(shè)施選址、資源分配計(jì)劃等。2.解析思路：闡述QKD在城域網(wǎng)或廣域網(wǎng)中提供后門不可知的安全通信的重要性，解決傳統(tǒng)公鑰加密面臨的密鑰分發(fā)和管理難題。重點(diǎn)分析挑戰(zhàn)：如傳輸距離限制、成本高昂、對(duì)光纖線路的依賴、系統(tǒng)集成復(fù)雜性、以及如何與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)融合。解決方案可涉及中繼器技術(shù)、新型量子通信協(xié)議研究、混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。3.解析思路：首先承認(rèn)當(dāng)前技術(shù)局限（如NISQera的限制）。然