2025年大学《量子信息科学》专业题库—— 量子信息科学与哲学的思考.docxVIP

2025年大学《量子信息科学》专业题库——量子信息科学与哲学的思考

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

量子力学的基本原理，如叠加原理和不确定性原理，对经典的determinism概念构成了挑战。请阐述叠加原理如何挑战经典实在论，并选择一个关于量子测量诠释的哲学争论（例如，哥本哈根诠释与多世界诠释），比较其核心观点，并分析这两种诠释对“观察者”在量子世界中的作用有何不同理解。

二、

量子计算被认为是具有变革性潜力的技术。请论述量子计算在理论上如何超越经典计算（例如，通过量子并行性和量子算法），并探讨这种潜力引发的社会或伦理方面的担忧。你个人认为，在推动量子计算发展的同时，应该如何平衡其带来的机遇与挑战？

三、

量子密钥分发（QKD）利用量子力学的原理来保证通信的安全性。请解释QKD中一个关键的量子物理原理（如量子不可克隆定理或测量塌缩）是如何确必威体育官网网址钥分发不可被窃听。随后，讨论即使有了QKD，信息在网络传输、存储和计算过程中的其他潜在安全风险，以及这些风险是否使得QKD成为唯一的安全解决方案。

四、

“量子”概念不仅出现在物理学和信息科学中，也开始渗透到哲学和社会学的讨论中。请选择一个“量子”概念在社会或文化领域的应用或隐喻性讨论（例如，“量子Leap”在描述社会变革的速度或“量子思维”在商业创新中的应用），解释该概念是如何被使用的，并批判性地分析其使用的合理性与局限性。

五、

假设你是一位参与下一代量子通信网络规划的研发人员。请设想一个未来场景，其中量子信息科学的发展可能引发重大的伦理或社会问题（例如，与人工智能的结合导致自主武器的研发，或量子技术加剧社会不平等）。针对这一问题，请提出一个具体的、可操作的伦理准则或社会规范建议，并阐述其背后的理由和预期效果。

试卷答案

一、

答案：

叠加原理表明，量子系统可以同时处于多个可能状态的非零线性组合中，直到被测量才确定坍缩到某个具体状态。这与经典物理的实在论，即对象在未观测时具有确定的状态，直接冲突。挑战在于，如果系统在测量前并非处于单一状态，那么“状态”本身的客观实在性就受到了质疑。哥本哈根诠释认为叠加态本身就是一种不确定的、非客观的存在，测量行为是导致不确定性和客观性出现的唯一起点，观察者扮演着决定系统命运的关键角色。而多世界诠释则认为叠加态是真实存在的，但宇宙在每次测量时分裂成多个平行分支，每个分支对应一个可能的结果，观察者只是其中一个分支的一部分，其观察行为导致不同世界间的“量子退相干”，使某个世界显得“确定”。两者对观察者角色的理解差异在于：哥本哈根诠释中观察者是主动介入、决定性的角色；多世界诠释中观察者只是宇宙庞大结构中被动体现测量概率的一个方面。

解析思路：

首先，明确叠加原理的核心含义（多重状态叠加，测量导致坍缩），并将其与经典实在论（状态唯一确定性）对比，指出其挑战性。其次，选择一个测量诠释（哥本哈根或多世界）进行详细介绍，阐述其核心观点，特别是关于测量过程和结果如何产生。最后，聚焦于两种诠释下“观察者”角色的不同定位（哥本哈根中观察者的决定性作用vs.多世界中观察者在分裂宇宙中的被动体现），并进行比较分析。

二、

答案：

量子计算通过量子比特（Qubit）的叠加态实现量子并行性，可以同时处理大量可能性，使得某些算法（如Shor算法分解大质数）在理论上比经典算法快得无法想象。此外，量子纠缠允许远距离量子比特间的瞬时关联，为量子通信和量子网络提供了基础。然而，这种强大的计算能力也引发了伦理担忧，如被用于设计更复杂的武器系统（自主武器、破解现有加密体系）、加剧社会监控能力，或导致数字鸿沟进一步扩大，只有少数国家或组织能掌握这种技术优势。平衡机遇与挑战需要在技术发展初期就建立国际对话和监管框架，制定关于武器化、数据隐私和知识产权的伦理规范，并投入资源进行公众教育，确保技术惠及全人类。

解析思路：

先解释量子计算超越经典计算的关键机制（叠加的并行性、纠缠）。然后，从社会和伦理角度，具体阐述潜在的担忧（军事化、监控、不平等）。最后，提出平衡策略，强调需要伦理规范、国际合作和公众参与。

三、

答案：

QKD利用量子不可克隆定理来确保安全性。该定理指出，无法在不破坏原始量子态的情况下复制一个未知的量子态。在QKD（如BB84协议）中，密钥生成方（甲方）发送一个由量子态（如偏振光）构成的量子信号，窃听者（乙方）若试图测量这些量子态以获取信息，就必须进行复制或测量，这不可避免地会干扰原始量子态的统计分布。甲方和乙方可以通过比较部分公开的、经经典信道传输的密文和明文统计量，来检测这种由窃听引起的扰动，从而判断信道是否安全。即使QKD有效阻止了窃听，信息在网络传输、存储和计算阶段仍面临经典层面的安全风险，如网络攻击、数据泄露、