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群文通練六　量子技術 主題解說　量子科學和技術其實已經在方方面面影響著我們的日常生活。我們目前正在廣為使用的計算機、手機、互聯(lián)網(wǎng)、時間標準和導航。用發(fā)展的眼光看，隨著微納加工、超冷原子量子調控等技術的不斷進步，人類將能夠制備出越來越復雜、功能越來越強大的各種人造量子系統(tǒng)。量子科學和技術的廣泛應用最終將把人類社會帶入到量子時代，實現(xiàn)更高的工作效率、更安全的數(shù)據(jù)通信、更綠色的生活方式。 一、(2018蕪湖期末)閱讀下面的文字，完成文后題目。 材料一： 俄新社莫斯科9月29日電　借助“墨子號”量子通信衛(wèi)星，中國與奧地利的科學家首次實現(xiàn)洲際量子保密視頻通話。 中國科學院的專家說：“我們成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面1200公里距離的量子密鑰分發(fā)、從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，完成了量子保密視頻通話的第一組實驗。得益于此，我們將通信質量提到光纖通信的20倍。”這標志著中國在量子密鑰分發(fā)、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等量子通信所涉及的三大領域全面領先世界。(選自2017年10月1日《參考消息》) 材料二： 量子通信，是一種新型的通訊方式。它傳輸?shù)牟辉偈墙浀湫畔⒍橇孔討B(tài)攜帶的量子信息。量子具有可疊加、非定域和不可克隆三大特性。正是基于此，科學家們解決了通信的絕對安全等經典通信所存在的一系列根本性問題，使量子通信取得了絕對優(yōu)勢。 量子通信，按其所傳輸?shù)男畔⑹墙浀溥€是量子分為兩類。前者主要用于量子密鑰的分發(fā)傳輸，后者則可用于量子隱形傳態(tài)(包括量子糾纏的分發(fā))。量子密鑰的分發(fā)傳輸，以量子態(tài)為信息載體，通過量子信道使通信收發(fā)雙方共享密鑰，并結合經典信道實現(xiàn)經典信息的安全傳遞。量子隱形傳態(tài)，利用分散量子纏結與一些物理訊息的轉換來傳送量子態(tài)至任意距離的位置，傳輸?shù)牟皇墙浀湫畔⒍橇孔討B(tài)攜帶的量子信息。 與經典通信方式比，量子通信具有明顯的優(yōu)勢。任何截獲或測試量子密鑰的操作，都會改變量子狀態(tài)，理論上有“無條件安全性”。在信息傳輸通道方面，經典光通信利用光束攜帶經典信息在光纖線路中傳輸；量子通信，尤其量子隱形傳態(tài)，作為信息載體的物理量子本身并未被傳遞，所傳送的只是量子的態(tài)，不需要任何線路媒質，傳遞過程不會為任何障礙所阻隔，有超強干擾能力。根據(jù)量子力學的疊加原理，一個n維量子態(tài)含有2n個態(tài)信息，而量子并行性使得量子計算機可以同時對2n個數(shù)進行運算，因此使用量子計算機對n維量子態(tài)進行傳輸，效率極高。(摘自2017年10月5日《中國科學技術網(wǎng)》) 材料三： 2016—2020年量子通信技術產業(yè)發(fā)展前景預測 注　市場滲透率是當前市場需求和潛在市場需求的一種比較，即某一產品或服務預期可增加的市場需求量與當前的市場需求量的比例，能反映該產品或服務的發(fā)展趨勢。 (圖中數(shù)據(jù)來源于《2016—2020中國量子通信行業(yè)深度調研及投資前景調查報告》) 材料四： 量子通信技術雖然發(fā)展迅猛，實際應用卻并不普遍。對此，中科院院士潘建偉認為眼下技術已不是制約，關鍵在于成本和需求。他坦言，目前量子通信應用成本較高。假設一個人只有幾十萬塊錢的存款，讓他每年花幾萬塊錢保證這筆錢“安全”他肯定不樂意。但如果每年只花幾百塊錢，就能保證上網(wǎng)、打電話、移動支付都是安全的，相信有不少人會考慮使用。此外，從需求的迫切性來看，隨著人工智能時代到來，人類對網(wǎng)絡安全的要求將大大提升，量子通信現(xiàn)實應用也會更加廣泛。潘建偉推測，對軍隊、銀行、政府機關等保密性較高的單位來說，量子通信廣泛應用預計5～10年可實現(xiàn)。但如果是進入尋常百姓家，也許10年，也許20年，具體還要看智能社會的到來有多快。(選自2017年9月18日澎湃新聞) 1．下列對材料相關內容的梳理，不正確的一項是(　　) A. C. D. 2．下列對材料相關內容的概括和分析，正確的一項是(　　) A．得益于遠距離量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、量子保密視頻通話實驗的成功實現(xiàn)，我國科學家將光纖通信的通信質量提高20倍。 B．由材料三可知，專網(wǎng)、公眾網(wǎng)、云安全及特殊應用三大領域是量子通信產業(yè)發(fā)展的主要市場，且其在三大領域中的市場規(guī)模都在逐年擴大。 C．從材料三看，量子通信產業(yè)，2018年以前在專網(wǎng)領域的市場滲透率最高，2019年后，在公眾網(wǎng)和云安全及特殊應用領域，市場潛在需求會越來越大。 D．四則材料雖然來源不同，談論的角度和重點各有側重，但都對中國量子通信發(fā)展的情況以及當前應解決的主要問題作了深入分析。 3．從材料看，量子通信要能普遍應用需要哪些條件？請分條作答。 答：　 　 　 二、(2018益陽、湘潭9月調研)閱讀下面的文字，完成文后題目。 材料一： 中國從“墨子號”的投資中獲得了回報，完成了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)，以及從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。中國憑借在《自然》周刊上發(fā)表的這兩項成果確保了在量子通信這一未來通信技術領域的至上地位。該技術主要可以提升通信過程中的安全性。 這枚科研衛(wèi)星于2016年8月16日發(fā)射，在距離地球500公里至1200公里處的低軌運行，中國科學技術大學教授潘建偉帶領的團隊完成了三大實驗：量子隱形傳態(tài)、量子糾纏分發(fā)和量子密鑰分發(fā)，此前這些實驗僅在地面的光導纖維中完成過。 (摘編自《中國已成量子通信技術先驅》，2017年8月16日《參考消息》) 材料二： 中國僅用一年時間完成既定兩年的科學目標，“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星取得的成績讓科學家們備受鼓舞。他們提出新目標：構建量子通信全球組網(wǎng)。量子是構成物質的最基本單元，具有不可克隆和不可分割的特性。換句話說，若以量子作為載體來傳遞密鑰，竊聽必然會被發(fā)現(xiàn)。2003年，中國科學技術大學教授潘建偉團隊提出利用衛(wèi)星實現(xiàn)星地間量子通信、構建覆蓋全球量子保密通信網(wǎng)的方案。 2016年8月16日成功發(fā)射的“墨子號”是這項計劃的“第一步”。衛(wèi)星已相繼完成星地高速量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)實驗三大科學目標，成為量子通信通向實用化的“關鍵一步”。 潘建偉說，“墨子號”的星地高速量子密鑰分發(fā)實驗是由衛(wèi)星發(fā)射量子信號，再由地面接收。實驗結果表明，在1200公里的通信距離上，衛(wèi)星平均每秒發(fā)送4000萬個信號光子，一次實驗可生成300千比特的密鑰。這項成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡奠定了技術基礎?！澳犹枴钡牡匦橇孔与[形傳態(tài)實驗則是由地面發(fā)射糾纏光子，再由衛(wèi)星接收。這項成果為未來開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡研究等奠定了技術基礎。 中國科學院上海技術物理研究所研究員王建宇說，實現(xiàn)量子通信全球組網(wǎng)所需的衛(wèi)星個數(shù)取決于用戶需求和衛(wèi)星軌道，“如果是在地球同步軌道，理論上有三顆衛(wèi)星就能覆蓋全球”。他認為從實用角度來說必須要構建由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，衛(wèi)星發(fā)送密鑰的時間也將從當前“墨子號”每次過境開展實驗的10分鐘延長到數(shù)個小時。 潘建偉說：“如果國家支持發(fā)射多顆量子通信衛(wèi)星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡?！泵嫦蛉?，中國科學家正在基于“墨子號”與國際同行開展合作，下一步將與歐洲量子通信團隊聯(lián)合進行洲際量子密鑰分發(fā)，德國、意大利等國的地面站也正在為與“墨子號”對接做準備。 (摘自《中國科學家提出構建“量子通信全球組網(wǎng)”》，2017年8月10日《中國新聞》) 4．下列有關科學家對量子通信技術應用的解說，不正確的一項是(　　) A．科學家利用量子不可克隆和不可分割的特性，以量子作為載體來傳遞密鑰，從而構建的量子通信網(wǎng)可以提升通信過程中的安全性。 B．“墨子號”量子通信實驗進一步論證了量子通信無法被竊聽，所取得的成績讓科學家們備受鼓舞，于是他們提出了“構建量子通信全球組網(wǎng)”的新目標。 C．早在“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星發(fā)射之前，中國科學家就提出了利用衛(wèi)星實現(xiàn)星地間量子通信、構建覆蓋全球量子保密通信網(wǎng)的方案。 D．有科學家認為，理論上在地球同步軌道上發(fā)射三顆由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，就可以構建覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡。 5．下列對材料相關內容的概括和分析，不正確的一項是(　　) A．潘建偉帶領的團隊完成了“墨子號”通信實驗中的“量子隱形傳態(tài)、量子糾纏分發(fā)和量子密鑰分發(fā)”三大既定科學目標，為我國未來繼續(xù)引領世界量子通信技術發(fā)展的研究奠定了堅實的基礎。 B．中國在《自然》周刊上發(fā)表的兩項成果包括從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，確保了中國在量子通信技術領域的世界領先地位。 C．我國如果要建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡，就要發(fā)射多顆量子通信衛(wèi)星，這樣才有希望在2030年之前繼續(xù)保持這一領域的世界領先地位。 D．衛(wèi)星由于具有方便覆蓋整個地球的獨特優(yōu)勢，是在全球尺度上實現(xiàn)超遠距離實用化量子密碼和量子隱形傳態(tài)最有希望的途徑，這在“墨子號”量子通信試驗中得到了驗證。 6．根據(jù)上述材料，概括說明構建量子通信全球組網(wǎng)必須具備哪些條件。 答：　 　 　 答案精析 1．C　[“密鑰”應為“量子(的)態(tài)”。] 2．B　[A項原文的意思是“量子通信質量比光纖通信高20倍”。C項從圖上看，2019年后，量子通信產業(yè)在公眾網(wǎng)領域的潛在市場需求未必“越來越大”。D項材料二只是介紹量子通信的知識，材料一、三沒有談及“當前應解決的主要問題”。] 3．(1)量子通信逐步產業(yè)化，降低使用成本。(2)人工智能時代到來，人們對網(wǎng)絡安全的要求大大提升。 解析　根據(jù)“他坦言，目前量子通信應用成本較高”，概括出“降低使用成本”。根據(jù)“從需求的迫切性來看，隨著人工智能時代到來，人類對網(wǎng)絡安全的要求將大大提升，量子通信現(xiàn)實應用也會更加廣泛”，概括出“對網(wǎng)絡安全的要求大大提升”。 4．B　[“無法被竊聽”錯，應該是“竊聽必然會被發(fā)現(xiàn)”。] 5．C　[C項“在2030年之前繼續(xù)保持這一領域的世界領先地位”無中生有。] 6．①發(fā)射衛(wèi)星(構建能覆蓋全球的衛(wèi)星網(wǎng))；②分發(fā)量子密鑰(完成星地高速量子密鑰分發(fā)，即由衛(wèi)星發(fā)射量子信號，再由地面接收)；③進行量子隱形傳態(tài)(實現(xiàn)地星量子隱形傳態(tài)，即由地面發(fā)射糾纏光子，再由衛(wèi)星接收)；④建立地面站與量子衛(wèi)星對接。