2025年大学《量子信息科学》专业题库—— 量子信息环境与生物物理学.docxVIP

2025年大学《量子信息科学》专业题库——量子信息环境与生物物理学

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题

1.下列哪一项不属于量子比特（qubit）的典型物理实现方式？

A.超导量子比特

B.离子阱量子比特

C.核磁共振中的自旋态

D.传统计算机的硅基晶体管

2.量子信息处理具有并行性的主要原因是？

A.量子计算机可以同时执行多个指令

B.量子比特可以同时处于0和1的叠加态

C.量子算法比经典算法效率更高

D.量子系统不受环境干扰

3.导致量子比特退相干的主要环境噪声类型是？

A.量子比特自身能级的跃迁

B.量子比特与周围环境粒子（如核子、光子）的相互作用

C.量子比特内部自旋的翻转

D.外加控制场的频率漂移

4.在讨论生物量子效应时，鸟类的磁感应现象通常被认为与哪种量子过程有关？

A.量子隧穿

B.量子隧穿和量子纠缠

C.量子相干

D.经典电磁感应

5.以下哪项技术不属于利用生物分子作为传感元件的范畴？

A.基于抗体检测特定抗原的免疫传感器

B.利用酶催化反应速率变化的生物传感器

C.使用DNA链置换反应构建的逻辑门

D.基于量子点荧光变化的生物成像探针

6.量子退相干理论中，Lindblad方程主要用于描述？

A.量子系综的演化

B.量子测量过程

C.量子态在开放系统中的退相干动力学

D.环境噪声的统计特性

7.光子作为量子信息载体，其主要优势在于？

A.易于存储

B.传输速率高，抗电磁干扰能力强

C.能量低

D.可在大规模芯片上集成

8.在光合作用中，量子行走假说主要解释了？

A.叶绿素分子吸收光能的过程

B.光能转化为化学能的效率问题

C.依赖核黄素蛋白复合体捕获光子的过程

D.电子在叶绿体色素分子间传递的量子效应

9.真空腔技术主要用于解决量子信息处理中的哪种问题？

A.提供计算所需的计算资源

B.抑制环境电磁噪声对量子比特的干扰

C.降低量子比特的运行能耗

D.实现量子比特之间的高速互连

10.以下哪项不是生物物理学研究的范畴？

A.细胞膜的物理性质

B.基因表达的调控机制

C.神经元信号传递的物理基础

D.利用生物分子构建量子计算原型机

二、填空题

1.量子比特处于|0?和|1?的叠加态时，其概率幅的模平方表示测量得到该比特为_______的概率。

2.量子纠缠被认为是量子信息科学中最具潜力的资源之一，它使得两个或多个纠缠粒子无论相距多远，测量其中一个粒子的状态会瞬间影响到另一个粒子的_________。

3.退相干是量子信息处理面临的主要挑战，它是指量子比特与其所处环境发生不可逆相互作用，导致量子态的_________逐渐丢失的过程。

4.在某些酶的催化反应中，理论计算表明仅用经典物理无法完全解释其高效率，而量子隧穿效应被认为在_________的传递中起着关键作用。

5.利用生物分子（如抗体、适配体）识别特定目标物（如蛋白质、小分子）的检测方法，通常称为_________技术。

6.量子信息环境中，为了保护量子比特的相干性，需要对其进行_________，以减少环境噪声的耦合。

7.将量子现象应用于生物物理研究或生物医学技术（如高精度生物传感、量子生物成像）的交叉领域，通常被称为_________。

8.描述一个含噪声量子系统的演化的masterequation中，Lindblad形式的项通常代表_________产生的退相干。

9.量子随机数生成器可以基于量子力学的不确定性原理或_________的随机性来产生真随机数。

10.量子传感技术利用量子系统的敏感性，可以实现远超经典传感器的测量精度，例如利用原子干涉效应进行_________的测量。

三、简答题

1.简述量子比特的叠加态与经典比特的0/1态有何根本不同。

2.解释什么是环境退相干，并列举至少两种常见的退相干机制。

3.为什么说生物系统中的量子现象研究具有重要的科学意义？

4.简述生物传感器的基本工作原理。

5.量子信息环境与生物物理学交叉研究可能带来哪些潜在的应用前景？

四、计算题

假设一个二维量子系统（如量子比特）的Hilbert空间