加载中…量子科技专题练
(2021-05-07 10:53:25)
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试题 |
分类： 高三 |
阅读下面的文字，完成1～5题。
材料一：
量子科技事关国家安全和社会经济高质量发展，必须将创新主动权和发展主动权牢牢掌握在自己手中。自主科技创新体系的建立，需要形成从基础研究、应用研究、技术研发到产业化的全链条布局。创新全链条有赖于长期的积累，因此特别需要面向长远目标，通过国家层面的顶层设计和前瞻布局，整合优势资源形成自主创新的体系化能力。国家实验室是实现多学科交叉融合和多技术领域集成创新的最佳实施平台，统筹人才、基地、项目等，将为我国量子科技的长远健康发展打开新的局面。
目前，在量子通信领域，我国已处于国际领先地位。一方面要加快发展下一代广域量子通信网络技术体系，进一步扩大领先优势；另一方面需要和用户部门密切配合，特别是在安全性测评的基础上推进标准体系的建立，进而推广在国防、政务、金融等领域的应用，将研究的优势转化为产业的优势。
在量子计算领域，我国整体上与发达国家处于同一水平线。鉴于当前量子计算的发展态势迅猛，在加大国家科研经费支持力度的同时，也需要进一步引导和鼓励企业投入。目前中国很多企业对量子科技的研发有所涉猎，但并未把量子科技作为投入重点。未来可以采取构建量子科技产学研联盟的方式，共享科学装置，分享研发成果，既为从事基础研究的学者提供更丰富的资金支持，也帮助有量子科技研发条件的企业更好地加入到量子科技这样的知识密集型产业里。
但在量子精密测量领域，我国整体上相比发达国家还存在一定的差距。为使我国量子精密测量领域尽早达到国际先进水平，需要在建设一流支撑平台的基础上，突破与导航、医学检验、科学研究等领域密切相关的一系列量子精密测量关键技术，完成一批重要量子精密测量设备的研制。
量子科技已进入到深化发展、快速突破的历史新阶段，迫切需要多学科的密切交叉以及各项关键技术的系统集成。在量子科技领域整合科技资源、集中力量突破，已在主要发达国家中形成广泛共识。在这一总体发展趋势下，无论是国家层面的规划布局，还是高水平人才队伍的造就与创新要素的统筹，都特别需要发挥社会主义市场经济条件下新型举国体制的优势。
事实上，我国一直以来高度重视量子科技。经过近20年的发展，我国在该领域形成了具有相当体量和布局较为全面的研究队伍，突破了一系列重要科学问题和关键核心技术，产出了多光子纠缠干涉度量、量子反常霍尔效应、世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”、世界首台光量子计算原型机等一批具有重要国际影响力的成果。总体上看，我国已经具备了在量子科技领域的科技实力和创新能力，这是我国量子科技进一步深化发展的坚实基础。随着量子科技领域国家实验室和“科技创新2030—重大项目”的推进落实，我国将迎来在该领域占据国际制高点的重大历史机遇。
（摘编自潘建伟《凝聚创新力量，形成量子科技发展体系化能力》）
材料二：
证明量子优越性，被认为是量子计算从理论到实践“里程碑的转折点”。何为量子优越性？专家表示：“如果量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过了最强的传统超级计算机，就证明量子计算在未来有多方超越的可能。”通俗来讲，就是用极端复杂的问题来考验量子计算，让它在实际应用中证明自己的实力。我国潘建伟团队构建的量子计算原型机“九章”，计算“高斯玻色取样”问题，处理5000万个样本只需200秒，超级计算机则需要6亿年。而“九章”只需要在室温条件下运行。之前，苹果、腾讯、华为等企业都把大数据中心建立在高海拔、低气温、利于服务器散热的贵州才能更准确运行。
作为世界科技前沿领域，研制量子计算机是世界各国角逐的焦点。此前，美国物理学家带领的谷歌团队宣布研制出53个量子比特的计算机“悬铃木”，在全球首次实现“量子优越性”。而相比“悬铃木”，“九章”优势明显，虽然算的不是同一个数学问题，但与最快的超算等效比较，“九章”比“悬铃木”快100亿倍。“悬铃木”虽然运行速度快，但是在技术上还是存在短板，“打个比方，就是谷歌的机器短跑可以跑赢超算，长跑跑不赢；我们的机器短跑和长跑都能跑赢”，专家如是说。
“九章”只是在量子计算第一阶段树起了一座里程碑，未来的路还很长。一方面，无论是谷歌的“悬铃木”处理“随机线路取样”，还是“九章”求解“高斯玻色取样”，都只能用来解决某一个特定问题。另一方面，目前可用来搭建量子计算机的材料有限，未来量子计算机的突破，更有可能依赖于新材料在量子计算硬件上的创新。
（摘编自沈慎《“九章”量子计算机的里程碑意义》）
1. 下列对材料一相关内容的理解和分析，正确的一项是（3分）
A. 量子科技的创新全链条包括基础研究、应用研究、技术研发和产业化。当前，我国的量子科技创新全链条已经基本形成。
B. 目前我国量子计算的发展前景广阔、态势良好，因此我国很多企业对量子科技的研发兴趣浓厚，对量子科技重点投入。
C.
我国在量子通信领域领先世界，而在量子计算和量子精密测量领域与发达国家还存在一定的差距，需要集中力量突破。
D. 社会主义市场经济条件下新型举国体制，给国家整体规划布局、创新要素统筹、高水平人才队伍的造就提供了有利条件。
2. 根据材料一和材料二，下列说法不正确的一项是（3分）
A. 国家实验室既体现了国家层面的顶层设计和前瞻布局，又能整合优势资源，实现多学科、多技术领域的集成。
B. 从取得的成果看，我国在量子科技领域已经具备一定的科技实力和创新能力，将来可能占据该领域的国际制高点。
C. 在量子科技领域整合科技资源、集中力量突破，已是主要发达国家的共识，研制量子计算机成为世界各国竞争的焦点。
D.
在室温条件下，“九章”运行计算“高斯玻色取样”问题，比“悬铃木”的速度要快100亿倍，有力地证明了量子优越性。
3.
根据材料推断，下列量子科技研究成果中不属于“量子通信”领域的一项是（3分）
A. 科学家利用“墨子号”作为量子纠缠源，向遥远的两地分发量子纠缠，实现更高水平的加密数据传输。
B. “京沪干线”利用量子科学实验卫星作为中继，把自由空间信道一直拓展到了7600公里的洲际距离。
C. 在定位系统GPS水下失灵的情况下，量子定位系统QPS可以通过测距解决加速计导航不精确的难题。
D. 科学家结合量子数据加密术和量子密钥分配术建立量子密码数据网络，传输的保密性得到显著增强。
4. 请依据材料二概括“九章”量子计算机的相对优势。（4分）
5. 依据文本，请就我国如何进一步深化发展量子科技这一问题谈谈你的看法。（6分）
1.（3分）D（A项，“基本形成”错；B项，并未重点投入；C项，原文“在量子计算领域，我国整体上与发达国家处于同一水平线”
。）
2.（3分）D（二者算的不是同一个数学问题。）
3.（3分）C（属于量子测量领域。）
4. （4分）计算速度快；环境适应性强；技术全面。
评分建议：答对一点2分，两点3分，三点4分；意思对即可。
5.（6分）在新型举国体制下国家需要做好顶层设计和前瞻布局，整合优势资源，集中力量突破；科学家需要激发创造力，提升创新力，掌握并突破关键核心技术；相关企业需要积极加入到量子科技知识密集型产业，并加大投入。
评分建议：一点2分，意思对即可。
量子世界里的“筋斗云”
潘建伟是国际量子信息实验研究领域的杰出科学家。他12年前回国组建实验室，培养了一个有着国际一流水平的量子物理实验团队，为中国在该领域迅速走到世界前列作出了突出贡献。
潘建伟谦和专注，高深晦涩的量子力学，经过他的演绎，变得通俗易懂。家喻户晓的《西游记》，成为他阐释研究的载体。他说，《西游记》里的“千里眼”“顺风耳”，以电视、电话等形式成为现实。而他现在的研究中，则有通过量子态的远距离隐形传输实现孙悟空“筋斗云”的内容。
“若要让Ａ地的量子态出现在Ｂ地，只要先在两地之间建立量子纠缠，然后对两地的量子态分别进行适当的操作，Ｂ地的量子态就会将Ａ地量子态的所有特性完全复制过去。这就像孙悟空翻了个筋斗云，一眨眼工夫就出现在另一个地方。”
1996年，潘建伟前往奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位，那里汇集了当时国际量子物理领域的最顶尖人才和技术。据他讲，当时国内这一领域多偏重于理论，他希望去奥地利学习当时最先进的量子光学实验技术，以后回国建立自己的实验室。
自1999年起，潘建伟每年都利用假期回到国内讲学，为我国在量子信息领域的发展提出建议，并带动一批研究人员进入这个领域。开始的时候，这个量子物理与信息技术交叉的新兴领域在国内还处于萌芽阶段，其重要性在当时还普遍不为人所理解和认同，甚至有人还质疑量子信息为伪科学。直到潘建伟和同事在国际上首次实验实现了量子态隐形传输，相关论文同伦琴发现Ｘ射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起被《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”，质疑声才逐渐减弱，量子信息研究在国内才雨后春笋般发展起来。
经过十多年的钻研，潘建伟的研究成果５次入选欧洲物理学会评选的年度国际物理学重大进展、４次入选美国物理学会评选的年度国际物理学重大事件、７次入选两院院士评选的中国年度十大科技进展新闻。潘建伟也先后获得欧洲物理学会菲涅尔奖、国际量子信息领域最高荣誉国际量子通信奖、香港求是科技基金会“杰出科学家奖”等国内外奖项。
“越是神秘莫测，越能激发起我探究的兴趣。”被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”的量子纠缠，让潘建伟深深着迷。量子纠缠更具有现实意义的地方在于，可用于在通信双方之间建立量子密码，实现具有战略意义的无条件安全的通信方式。量子纠缠的整体性保证了，一旦作为信息载体的量子态被窃听或偷走，一定能被通信双方所探知。
潘建伟说，在国家发改委、中科院和各地政府的支持下，他的团队正在联合相关机构开展“京沪干线”项目，在北京和上海之间建设千公里级的量子通信通道，并正在发展量子中继器技术，确保安全通信品质不会随着传送距离的增加而降低。
同时，在中科院战略性先导科技专项的支持下，他的团队正在研发量子通信实验卫星。“到时候围绕地球的几颗卫星可以相互间传输量子通信信号，实现全球意义上的量子通信。”
（有删改）
相关链接
当年留学德国时，在他的宿舍楼下,有一家只有半间店面的小商店,平时主要卖卖青菜、马铃薯,但老板每年都能有5个星期去旅游度假。“相比之下国内在菜市场工作的人,没日没夜地干,挣的钱还不一定够用。”潘建伟说，就是因为发达国家拥有先进的科技和制造业，使最普通的民众都能享受到发展带来的福利。潘建伟希望,运用量子科技为国家强盛和人民幸福服务。（新华每日电讯《量子通信领航人潘建伟的量子梦报国情》）
潘建伟成了“放风筝的人”，他不断将不同学科背景的年轻人分别送到德国、奥地利等量子信息研究的顶尖国际小组锻炼。而这些特意“放飞”国外多年的年轻人，也都在学成后回国。在潘建伟团队里每个人都有自己的特色，大家相互取长补短。（《潘建伟：做世界量子通信领跑者》）
（1）下列对材料有关内容的分析和概括，最恰当的两项是（5分）
A．潘建伟回国组建实验室，仅用12年就培养了一个有着国际一流水平的量子物理实验团队。显示了他作为一个杰出科学家的专业素养和领导才能。
B．潘建伟用家喻户晓的《西游记》阐释量子力学，经过他的演绎，以“千里眼”“顺风耳”“筋斗云”为载体，高深晦涩的量子理论变得通俗易懂。
C．获得多个国内外奖项，首次实现量子态隐形传输，与伦琴发现Ｘ射线、爱因斯坦建立相对论影响相同。因此潘建伟当选为中科院院士实至名归。
D．潘建伟先带动一批研究人员进入量子信息领域，后又不断送年轻人到顶尖的国际小组锻炼。“放风筝的人”，彰显他为国发展量子科学的良苦用心。
E．保证量子纠缠的整体性，防止量子态被窃听或偷走，确保了北京和上海之间千公里级量子通信通道的顺利开通，从而实现全球意义上的量子通信。
（2）文章的中“筋斗云”一词有什么丰富的含义？请结合材料简要分析。（6分）
（3）哪些因素促使潘建伟快速成长为一位优秀的科学家？请结合材料简要阐述。（6分）
（4）量子世界对于潘建伟的物理人生有什么深刻意义？请结合材料谈谈你的理解。（8分）
12．（25分）
（1）（5分）
答D给3分，答A给2分，答B给1分；答C、E不给分。
（D项较为全面的分析概括，并且正确，故得3分；A项局部分析概括正确，得2分；B项局部分析概括正确，但是“千里眼”“顺风耳”非量子领域的理论阐释，故得1分；C项言过其实，不能得分；E项不合文意，条件关系不成立，不能得分）
回答三项或三项以上，不给分。
（2）（6分）
生动形象地说明了量子态的远距离隐形传输速度之快。潘建伟教授在较短的时间内快速成长，在量子科学领域取得丰硕成果。量子信息研究在中国得到迅猛发展，中国在该领域迅速走到世界前列。
每答出一点给2分。
意思答对即可。
（3）（6分）
爱国热忱：他树立了运用量子科技为国家强盛和人民幸福服务的理想。良好的科研环境：政府部门、科研单位和实验团队的大力支持与合作。谦和、专注的品性：用心培养年轻人，科学素养高，对量子世界的研究始终不渝。
每答出一点给2分。
意思答对即可。
（4）（8分）
量子力学理论让潘建伟感受到这个学科在哲学上的积极意义，揭示量子世界的奥秘成为他毕生的奋斗目标。他在量子信息领域取得的成果减少了人们的质疑，获得了理解和认同。量子世界的神秘莫测，让他深深着迷，激发起他探究的兴趣。他在量子世界里实现了自己的报国理想，完成了从理论到实验再到实际运用的跨越。
每答出一点给2分。
意思答对即可。
如有其他答案，可根据观点明确、理由充分、论述合理的程度，酌情给分。
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