2025年大学《量子信息科学》专业题库—— 量子信息学科研究.docxVIP

2025年大学《量子信息科学》专业题库——量子信息学科研究

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的首字母填入括号内）

1.量子比特（Qubit）与经典比特的主要区别在于其能够利用（）实现信息存储。

A.硬盘驱动器B.量子叠加态C.光纤D.中央处理器

2.下列哪个物理量是量子力学中描述系统状态完整性的基本要求？

A.动量B.角动量C.密度矩阵D.期望值

3.量子不可克隆定理意味着（）。

A.任何量子态都无法精确复制B.量子态可以被复制但会破坏原始态C.只有纠缠态无法复制D.量子计算机无法工作

4.Deutsch-Jozsa算法的主要优势在于（）。

A.能够求解所有NP问题B.在单次查询下就能确定函数是否平衡C.速度快于经典算法D.只适用于超导量子计算

5.量子密钥分发（QKD）利用量子力学的哪个基本原理来保证密钥传输的安全性？

A.量子隧穿B.量子叠加C.量子测量会干扰量子态D.量子不可克隆

6.量子隐形传态的核心思想是将（）从发送端传输到接收端。

A.量子比特本身B.量子态信息C.量子纠缠D.计算结果

7.以下哪个技术领域主要利用量子传感器件实现远超经典传感器的测量精度？

A.量子计算B.量子通信C.量子传感D.量子密码

8.Shor算法的突破性意义在于（）。

A.实现了量子态的精确控制B.提出了量子退火算法C.能够高效分解大整数D.证明了量子力学的非定域性

9.量子退相干是指（）。

A.量子比特丢失其相位信息的过程B.量子纠缠的突然断裂C.量子态演化的速度变慢D.量子计算机算错结果

10.目前实现量子计算的主要挑战之一是（）。

A.量子比特数量不足B.量子算法设计困难C.量子测量的完美性D.量子纠错理论不成熟

二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填入横线处）

1.描述一个单量子比特系统状态，除了用状态向量外，还可以使用________来表示。

2.确定一个量子态的概率需要进行________，并且测量会改变原量子态。

3.两个量子比特处于最大纠缠态时，测量其中一个的状态会瞬间确定另一个的状态，这体现了________的特性。

4.基于“旋转门”思想，利用量子叠加和测量实现对目标状态进行概率性优化的算法称为________算法。

5.能够抵抗窃听者攻击，一旦测量行为发生就立刻被察觉的量子密钥分发协议是________协议。

6.量子传感利用量子系统的________敏感度来探测外部微扰。

7.将多个逻辑量子比特映射到远多于物理量子比特上的编码方案，目的是为了实现________。

8.量子网络旨在构建能够传输________和________的信息基础设施。

9.量子信息科学是________、计算机科学和________等学科深度交叉融合的产物。

10.除了超导量子比特，目前研究中的其他量子比特平台还包括________量子比特、________量子比特和拓扑量子比特等。

三、简答题（每小题5分，共15分。请简洁明了地回答下列问题）

1.简述量子叠加与经典比特的“0”或“1”状态有何本质区别。

2.解释什么是量子纠缠，并简要说明其在量子信息处理中的作用。

3.简要说明量子密钥分发（QKD）相比于经典密钥分发的安全性优势源于何处。

四、计算题（每小题8分，共16分。请写出详细的计算步骤）

1.设一个量子比特处于状态|ψ?=α|0?+β|1?，其中α=1/√2，β=i/√2。求该量子比特的状态密度矩阵ρ，并验证ρ是否是对角化且满足ρ2=ρ和Tr(ρ)=1。

2.假设一个量子系统由两个相互独立的量子比特组成，其整体状态为|ψ?=1/√2(|00?+|11?)。现在对第一个比特进行测量，得到结果为“0”的概率是多少？如果测量后得到结果为“0”，第二个比特的状态是什么？

五、论述题（10分。请围绕以下主题进行论述）

结合量子不可克隆定理，论述为什么在量子通信中可以实现原理上的安全密钥分发，而复制量子信息（如破解量子密钥）则是不可能的。

试卷答案

一、选择题

1.B

2.C

3.A

4.B

5.C

6.B

7.C

8.C

9.A

10.D

二、填空题

1.密度矩阵

2.测量

3.