2025年大学《量子信息科学》专业题库- 量子信息技术对民族复兴的支持

2025年大学《量子信息科学》专业题库——量子信息技术对民族复兴的支持考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内，每小题2分，共20分）1.量子比特（qubit）与经典比特的根本区别在于其能够处于（）状态。A.0或1B.0和1的叠加C.0或1的非线性组合D.以上都不是2.量子计算相比经典计算的主要优势在于能够高效解决（）问题。A.大数分解B.数据排序C.图像识别D.文本搜索3.量子密钥分发（QKD）协议通常利用（）的基本原理来保证密钥传输的安全性。A.量子不可克隆定理B.量子叠加原理C.量子隧穿效应D.量子退相干4.以下哪项技术不属于量子信息科学的范畴？（）A.量子计算B.量子通信C.量子传感D.光纤通信5.我国提出的“十四五”规划中，将量子信息产业列为（）重点发展领域。A.第一B.第二C.第三D.第四6.量子隐形传态利用的是（）来实现量子态的远程传输。A.量子比特的复制B.量子纠缠C.量子隧穿D.量子隧穿7.量子传感器件相比传统传感器件，其突出优势在于（）。A.成本更低B.体积更小C.灵敏度更高D.更易于制造8.量子信息技术在（）领域具有巨大的应用潜力，有助于提升国家整体科技实力。A.新材料研发B.医疗健康C.国家安全D.以上都是9.实现“高水平科技自立自强”，量子信息科学被视为（）的关键支撑技术之一。A.改变游戏规则B.锦上添花C.旁枝末节D.基础铺垫10.发展量子信息技术面临的主要挑战之一是（）。A.缺乏市场需求B.人才短缺C.技术不成熟D.政策不支持二、填空题（请将正确答案填在横线上，每空2分，共20分）1.量子力学中的__________原理表明，一个量子系统无法被精确复制。2.量子计算利用量子比特的__________和__________特性进行运算。3.量子密钥分发（QKD）能够实现理论上__________的密钥分发。4.我国在量子通信领域取得的重大突破是成功发射了世界首颗__________卫星。5.量子传感技术的灵敏度源于量子系统的__________对微弱外界变化的极端敏感性。6.实现“民族复兴”的中国梦，需要科技创新提供强大动力，量子信息科学是其中的__________技术。7.量子信息技术的发展有助于保障国家网络安全，维护国家__________安全。8.构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，量子信息技术可在__________等方面发挥作用。9.量子计算在药物研发领域，可以通过模拟分子__________过程，加速新药发现。10.推动量子信息产业发展，需要加强基础研究，突破__________等核心技术瓶颈。三、简答题（请简要回答下列问题，每题5分，共20分）1.简述量子叠加原理的基本含义及其在量子计算中的意义。2.简述量子密钥分发（QKD）协议如何利用量子力学特性实现安全通信。3.简述量子信息技术在提升我国国家核心竞争力方面可能发挥的作用。4.简述当前量子信息技术发展面临的主要技术挑战。四、论述题（请结合所学知识和当前形势，深入论述下列问题，每题10分，共30分）1.论述量子计算技术如何赋能我国在基础科学前沿领域的突破。2.结合国家安全战略，论述发展量子通信技术的重要性及其面临的挑战。3.面对量子信息技术领域的国际竞争，我国应如何制定发展战略以实现赶超，并为民族复兴贡献力量。试卷答案一、选择题1.B2.A3.A4.D5.C6.B7.C8.D9.A10.B二、填空题1.不可克隆2.叠加，纠缠3.安全无破译4.量子科学实验5.退相干6.战略性7.信息8.基础科学创新，产业升级9.化学反应10.量子计算，量子通信三、简答题1.解析思路：回答需包含两个层面：一是定义叠加原理，即量子系统可以同时处于多个状态的线性组合；二是说明其意义，即这种叠加状态是量子计算并行处理信息的基础，使得量子计算机在处理特定问题时具有超越经典计算机的潜力。2.解析思路：回答需紧扣量子力学特性，重点阐述利用单光子或纠缠光子无法被复制（不可克隆定理）和测量会改变量子态的特性。说明在QKD过程中，任何窃听行为都会不可避免地干扰量子态，从而被合法用户检测到，实现安全密钥分发的物理基础。3.解析思路：回答应从多个维度展开，如国家安全（信息安全、国防安全）、经济竞争力（推动产业升级、创造新经济增长点）、科技自主（掌握关键核心技术、摆脱依赖）、社会民生（改善医疗、促进科研等）。需强调量子信息技术作为颠覆性技术，能在多个层面提升国家综合实力和国际影响力。4.解析思路：回答需具体指出当前面临的技术难点，例如量子比特的相干时间短、量子纠错技术复杂且不完善、大规模量子计算的硬件实现难度大、量子算法的理论和应用仍需深入探索、以及高精度量子传感器件的制造和集成等。四、论述题1.解析思路：论述需结合量子计算的独特优势（如指数级加速求解特定问题）和基础科学的前沿领域（如分子模拟、材料设计、复杂系统建模、量子场论研究等）。具体阐述量子计算如何能够模拟经典计算机难以处理的复杂量子系统，加速新材料的发现与设计；如何高效求解量子化学中的薛定谔方程，揭示化学反应机理；如何处理高维度的数据，推动人工智能和机器学习的发展；以及如何探索量子引力等前沿物理学问题。强调量子计算为基础科学研究提供了全新的工具和视角。2.解析思路：论述需从国家安全战略高度出发，强调信息安全的重要性。阐述量子计算的发展对现有公钥密码体系的威胁（如Shor算法对大数分解的破解能力）。说明量子通信（特别是QKD）能够提供无法被窃听和破解的安全通信保障，对于保护国家政府、军事、金融等关键信息基础设施的安全至关重要。同时，也要分析当前量子通信技术面临的挑战，如传输距离限制、设备成本较高、网络构建难度等，以及应对这些挑战的思路。3.解析思路：论述需体现战略性和系统性思维。首先，分析我国在量子信息领域的现状、优势与不足，明确面临的国际竞争格局。其次，提出发展战略方向，包括但不限于：持续加大基础研究投入，突破核心原理和技术瓶颈；制定前瞻性产业规划，引导技术创新和成果转化；加强人才培养体系建