2025年大學(xué)《量子信息科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——量子傳感技術(shù)的發(fā)展前景考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.量子傳感技術(shù)利用量子體系的________漲落或?qū)_______的敏感依賴來(lái)實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典極限的測(cè)量精度。2.實(shí)現(xiàn)NV色心磁力計(jì)高靈敏度的關(guān)鍵在于利用其電子自旋態(tài)與周圍________場(chǎng)的相互作用，并通過(guò)________技術(shù)讀出其量子態(tài)。3.量子雷達(dá)（QRadar）利用單個(gè)或少數(shù)量子態(tài)的光子進(jìn)行探測(cè)，其核心優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)________的目標(biāo)探測(cè)和測(cè)距。4.量子傳感技術(shù)在高精度________測(cè)量方面展現(xiàn)出巨大潛力，例如通過(guò)原子干涉儀進(jìn)行絕對(duì)重力測(cè)量。5.量子測(cè)量漲落定理，特別是________定理，為量子傳感器的靈敏度設(shè)定了理論極限。6.當(dāng)前制約量子傳感技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)之一是量子比特/原子等敏感探針易受________的影響而失去量子相干性。7.量子傳感與量子計(jì)算的結(jié)合，可能為構(gòu)建分布式、高精度的________量子信息系統(tǒng)提供新的途徑。8.利用量子傳感技術(shù)探測(cè)微弱的________場(chǎng)變化，在生物醫(yī)學(xué)診斷（如早期癌癥檢測(cè)）領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特前景。9.________是一種利用糾纏光子對(duì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子態(tài)傳輸和潛在超高精度測(cè)量（如相位測(cè)量）的量子傳感應(yīng)用方向。10.量子傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一是向________化、集成化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)小型、低成本、易于部署的傳感系統(tǒng)。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述超導(dǎo)量子比特作為傳感器的潛在優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明量子傳感技術(shù)如何在磁場(chǎng)測(cè)量中超越傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)傳感器的性能。3.比較原子干涉儀測(cè)量重力與普通加速度計(jì)測(cè)量加速度在原理和精度上的主要區(qū)別。4.闡述量子退相干對(duì)量子傳感精度的主要影響及其應(yīng)對(duì)思路。三、論述題1.論述量子雷達(dá)（QRadar）技術(shù)可能帶來(lái)的軍事和民用領(lǐng)域的革命性變化，并分析其目前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述量子傳感技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，例如在疾病早期診斷、腦活動(dòng)成像等方面的潛力。3.面對(duì)當(dāng)前量子傳感技術(shù)成本高、易受環(huán)境干擾等挑戰(zhàn)，你認(rèn)為未來(lái)5-10年可能有哪些關(guān)鍵的技術(shù)突破或工程進(jìn)展能夠推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛應(yīng)用？請(qǐng)闡述你的觀點(diǎn)。試卷答案一、填空題1.量子/糾纏；環(huán)境物理量（如磁場(chǎng)、溫度、壓力、電場(chǎng)等）2.磁；原子外差/相關(guān)單光子計(jì)數(shù)3.抗干擾能力/相干性4.重力5.海森堡不確定性6.環(huán)境噪聲/退相干7.感知層/測(cè)量控制8.生物/化學(xué)9.量子密鑰分發(fā)/量子雷達(dá)（根據(jù)上下文選擇或都寫）10.小型/微型二、簡(jiǎn)答題1.解析思路：從超導(dǎo)量子比特的獨(dú)特性質(zhì)入手，強(qiáng)調(diào)其作為二維波函數(shù)載體，對(duì)環(huán)境電磁場(chǎng)的極強(qiáng)敏感性（零場(chǎng)退相干時(shí)間長(zhǎng)），以及通過(guò)調(diào)控其能級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定物理量（如磁場(chǎng)、應(yīng)變）的直接、高精度測(cè)量能力?？赡苓€涉及其易于集成和操控的特點(diǎn)。2.解析思路：對(duì)比經(jīng)典霍爾效應(yīng)依賴于載流子統(tǒng)計(jì)分布，而量子傳感利用的是單個(gè)或少數(shù)量子比特/原子的量子態(tài)（如自旋態(tài)）對(duì)磁場(chǎng)的直接、量子化的響應(yīng)。強(qiáng)調(diào)量子傳感可以實(shí)現(xiàn)更靈敏的磁場(chǎng)探測(cè)（接近量子漲落極限）和更精確的相位測(cè)量，尤其是在弱磁場(chǎng)或無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域。3.解析思路：說(shuō)明原子干涉儀利用的是原子在經(jīng)過(guò)不同路徑后發(fā)生相干疊加的干涉效應(yīng)，其相位受重力勢(shì)能差影響，通過(guò)測(cè)量干涉圖樣（如fringeshift）即可精確推算重力加速度。強(qiáng)調(diào)其原理基于量子力學(xué)干涉，對(duì)微弱重力變化極為敏感，而傳統(tǒng)加速度計(jì)通?；跈C(jī)械形變或電磁感應(yīng)，原理不同，精度和適用范圍有所差異。4.解析思路：指出量子退相干是指量子態(tài)失去相干性的過(guò)程，對(duì)于傳感而言，意味著量子比特/原子對(duì)被測(cè)物理量的敏感響應(yīng)能力下降，測(cè)量信號(hào)失真，導(dǎo)致精度降低。應(yīng)對(duì)思路可包括：提高量子比特/原子相干時(shí)間（如改善環(huán)境真空度、溫度控制）、利用量子糾錯(cuò)技術(shù)、設(shè)計(jì)抗干擾量子測(cè)量方案等。三、論述題1.解析思路：軍事方面可論述其實(shí)現(xiàn)穿透?jìng)窝b（如衣物、薄金屬板）探測(cè)隱藏目標(biāo)、高分辨率成像、無(wú)源探測(cè)等優(yōu)勢(shì)。民用方面可論述在自動(dòng)駕駛（高精度環(huán)境感知）、地質(zhì)勘探、基礎(chǔ)設(shè)施檢測(cè)、導(dǎo)航（克服傳統(tǒng)雷達(dá)局限）等領(lǐng)域的應(yīng)用。挑戰(zhàn)可從光源（糾纏光子源）的亮度、純度、相干時(shí)間；探測(cè)器效率；系統(tǒng)穩(wěn)定性與抗干擾能力；數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度；以及成本等方面進(jìn)行分析。2.解析思路：實(shí)例可包括利用原子磁力計(jì)探測(cè)腦磁圖（BME），利用量子傳感探頭檢測(cè)體液中的特定生物標(biāo)志物濃度，或利用量子成像技術(shù)提高醫(yī)學(xué)成像分辨率和對(duì)特定組織的靶向性。闡述潛力時(shí)需說(shuō)明量子傳感的高靈敏度、高特異性如何幫助早期發(fā)現(xiàn)病灶、監(jiān)測(cè)生理過(guò)程。同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到目前面臨的挑戰(zhàn)，如小型化、生物相容性、實(shí)時(shí)性、臨床轉(zhuǎn)化等。3.解析思路：技術(shù)突破可包括：更高效、穩(wěn)定的量子光源和探測(cè)器（如單光子探測(cè)器、原子源）；室溫或近室溫工作的量子傳感器；集成化、片上量子傳感技術(shù)；基于量子糾錯(cuò)或反