群文通练五　量子技术
主题解说　量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航。用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将能够制备出越来越复杂、功能越来越强大的各种人造量子系统。量子科学和技术的广泛应用最终将把人类社会带入到量子时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通信、更绿色的生活方式。
一、阅读下面的文字，完成文后题目。
材料一：
俄新社莫斯科9月29日电　借助“墨子号”量子通信卫星，中国与奥地利的科学家首次实现洲际量子保密视频通话。
中国科学院的专家说：“我们成功实现了从卫星到地面1 200公里距离的量子密钥分发、从地面到卫星的量子隐形传态，完成了量子保密视频通话的第一组实验。得益于此，我们将通信质量提到光纤通信的20倍。”这标志着中国在量子密钥分发、量子远程传态和量子密集编码等量子通信所涉及的三大领域全面领先世界。(选自2017年10月1日《参考消息》)
材料二：
量子通信，是一种新型的通讯方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。量子具有可叠加、非定域和不可克隆三大特性。正是基于此，科学家们解决了通信的绝对安全等经典通信所存在的一系列根本性问题，使量子通信取得了绝对优势。
量子通信，按其所传输的信息是经典还是量子分为两类。前者主要用于量子密钥的分发传输，后者则可用于量子隐形传态(包括量子纠缠的分发)。量子密钥的分发传输，以量子态为信息载体，通过量子信道使通信收发双方共享密钥，并结合经典信道实现经典信息的安全传递。量子隐形传态，利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置，传输的不是经典信息而是量子态携带的量子信息。
与经典通信方式比，量子通信具有明显的优势。任何截获或测试量子密钥的操作，都会改变量子状态，理论上有“无条件安全性”。在信息传输通道方面，经典光通信利用光束携带经典信息在光纤线路中传输；量子通信，尤其量子隐形传态，作为信息载体的物理量子本身并未被传递，所传送的只是量子的态，不需要任何线路媒质，传递过程不会为任何障碍所阻隔，有超强干扰能力。根据量子力学的叠加原理，一个n维量子态含有2n个态信息，而量子并行性使得量子计算机可以同时对2n个数进行运算，因此使用量子计算机对n维量子态进行传输，效率极高。(摘自2017年10月5日《中国科学技术网》)

材料三：
2016—2020年量子通信技术产业发展前景预测
注　市场渗透率是当前市场需求和潜在市场需求的一种比较，即某一产品或服务预期可增加的市场需求量与当前的市场需求量的比例，能反映该产品或服务的发展趋势。
(图中数据来源于《2016—2020中国量子通信行业深度调研及投资前景调查报告》)
材料四：
量子通信技术虽然发展迅猛，实际应用却并不普遍。对此，中科院院士潘建伟认为眼下技术已不是制约，关键在于成本和需求。他坦言，目前量子通信应用成本较高。假设一个人只有几十万块钱的存款，让他每年花几万块钱保证这笔钱“安全”他肯定不乐意。但如果每年只花几百块钱，就能保证上网、打电话、移动支付都是安全的，相信有不少人会考虑使用。此外，从需求的迫切性来看，随着人工智能时代到来，人类对网络安全的要求将大大提升，量子通信现实应用也会更加广泛。潘建伟推测，对军队、银行、政府机关等保密性较高的单位来说，量子通信广泛应用预计5～10年可实现。但如果是进入寻常百姓家，也许10年，也许20年，具体还要看智能社会的到来有多快。(选自2017年9月18日澎湃新闻)
1．下列对材料相关内容的梳理，不正确的一项是(　　)
A.
B.
C.
D.
2．下列对材料相关内容的概括和分析，正确的一项是(　　)
A．得益于远距离量子密钥分发、量子隐形传态、量子保密视频通话实验的成功实现，我国科学家将光纤通信的通信质量提高20倍。
B．由材料三可知，专网、公众网、云安全及特殊应用三大领域是量子通信产业发展的主要市场，且其在三大领域中的市场规模都在逐年扩大。
C．从材料三看，量子通信产业，2018年以前在专网领域的市场渗透率最高，2019年后，在公众网和云安全及特殊应用领域，市场潜在需求会越来越大。
D．四则材料虽然来源不同，谈论的角度和重点各有侧重，但都对中国量子通信发展的情况以及当前应解决的主要问题作了深入分析。
3．从材料看，量子通信要能普遍应用需要哪些条件？请分条作答。
答：____________________________________________________________________
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________________________________________________________________________
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二、阅读下面的文字，完成文后题目。
材料一：
中国从“墨子号”的投资中获得了回报，完成了从卫星到地面的量子密钥分发，以及从地面到卫星的量子隐形传态。中国凭借在《自然》周刊上发表的这两项成果确保了在量子通信这一未来通信技术领域的至上地位。该技术主要可以提升通信过程中的安全性。
这枚科研卫星于2016年8月16日发射，在距离地球500公里至1 200公里处的低轨运行，中国科学技术大学教授潘建伟带领的团队完成了三大实验：量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发，此前这些实验仅在地面的光导纤维中完成过。
(摘编自《中国已成量子通信技术先驱》，2017年8月16日《参考消息》)
材料二：
中国仅用一年时间完成既定两年的科学目标，“墨子号”量子科学实验卫星取得的成绩让科学家们备受鼓舞。他们提出新目标：构建量子通信全球组网。量子是构成物质的最基本单元，具有不可克隆和不可分割的特性。换句话说，若以量子作为载体来传递密钥，窃听必然会被发现。2003年，中国科学技术大学教授潘建伟团队提出利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
2016年8月16日成功发射的“墨子号”是这项计划的“第一步”。卫星已相继完成星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态实验三大科学目标，成为量子通信通向实用化的“关键一步”。
潘建伟说，“墨子号”的星地高速量子密钥分发实验是由卫星发射量子信号，再由地面接收。实验结果表明，在1 200公里的通信距离上，卫星平均每秒发送4 000万个信号光子，一次实验可生成300千比特的密钥。这项成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了技术基础。“墨子号”的地星量子隐形传态实验则是由地面发射纠缠光子，再由卫星接收。这项成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究等奠定了技术基础。
中国科学院上海技术物理研究所研究员王建宇说，实现量子通信全球组网所需的卫星个数取决于用户需求和卫星轨道，“如果是在地球同步轨道，理论上有三颗卫星就能覆盖全球”。他认为从实用角度来说必须要构建由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，卫星发送密钥的时间也将从当前“墨子号”每次过境开展实验的10分钟延长到数个小时。
潘建伟说：“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的广域量子通信网络。”面向全球，中国科学家正在基于“墨子号”与国际同行开展合作，下一步将与欧洲量子通信团队联合进行洲际量子密钥分发，德国、意大利等国的地面站也正在为与“墨子号”对接做准备。
(摘自《中国科学家提出构建“量子通信全球组网”》，
2017年8月10日《中国新闻》)
4．下列有关科学家对量子通信技术应用的解说，不正确的一项是(　　)
A．科学家利用量子不可克隆和不可分割的特性，以量子作为载体来传递密钥，从而构建的量子通信网可以提升通信过程中的安全性。
B．“墨子号”量子通信实验进一步论证了量子通信无法被窃听，所取得的成绩让科学家们备受鼓舞，于是他们提出了“构建量子通信全球组网”的新目标。
C．早在“墨子号”量子科学实验卫星发射之前，中国科学家就提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
D．有科学家认为，理论上在地球同步轨道上发射三颗由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，就可以构建覆盖全球的量子通信网络。
5．下列对材料相关内容的概括和分析，不正确的一项是(　　)
A．潘建伟带领的团队完成了“墨子号”通信实验中的“量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发”三大既定科学目标，为我国未来继续引领世界量子通信技术发展的研究奠定了坚实的基础。
B．中国在《自然》周刊上发表的两项成果包括从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，确保了中国在量子通信技术领域的世界领先地位。
C．我国如果要建成全球化的广域量子通信网络，就要发射多颗量子通信卫星，这样才有希望在2030年之前继续保持这一领域的世界领先地位。
D．卫星由于具有方便覆盖整个地球的独特优势，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径，这在“墨子号”量子通信试验中得到了验证。
6．根据上述材料，概括说明构建量子通信全球组网必须具备哪些条件。
答：____________________________________________________________________
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答案精析
1．C　[“密钥”应为“量子(的)态”。]
2．B　[A项原文的意思是“量子通信质量比光纤通信高20倍”。C项从图上看，2019年后，量子通信产业在公众网领域的潜在市场需求未必“越来越大”。D项材料二只是介绍量子通信的知识，材料一、三没有谈及“当前应解决的主要问题”。]
3．(1)量子通信逐步产业化，降低使用成本。(2)人工智能时代到来，人们对网络安全的要求大大提升。
解析　根据“他坦言，目前量子通信应用成本较高”，概括出“降低使用成本”。根据“从需求的迫切性来看，随着人工智能时代到来，人类对网络安全的要求将大大提升，量子通信现实应用也会更加广泛”，概括出“对网络安全的要求大大提升”。
4．B　[“无法被窃听”错，应该是“窃听必然会被发现”。]
5．C　[C项“在2030年之前继续保持这一领域的世界领先地位”无中生有。]
6．①发射卫星(构建能覆盖全球的卫星网)；②分发量子密钥(完成星地高速量子密钥分发，即由卫星发射量子信号，再由地面接收)；③进行量子隐形传态(实现地星量子隐形传态，即由地面发射纠缠光子，再由卫星接收)；④建立地面站与量子卫星对接。
  
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群文通练五　量子技术
主题解说　量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航。用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将能够制备出越来越复杂、功能越来越强大的各种人造量子系统。量子科学和技术的广泛应用最终将把人类社会带入到量子时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通信、更绿色的生活方式。
一、阅读下面的文字，完成文后题目。
材料一：
俄新社莫斯科9月29日电　借助“墨子号”量子通信卫星，中国与奥地利的科学家首次实现洲际量子保密视频通话。
中国科学院的专家说：“我们成功实现了从卫星到地面1 200公里距离的量子密钥分发、从地面到卫星的量子隐形传态，完成了量子保密视频通话的第一组实验。得益于此，我们将通信质量提到光纤通信的20倍。”这标志着中国在量子密钥分发、量子远程传态和量子密集编码等量子通信所涉及的三大领域全面领先世界。(选自2017年10月1日《参考消息》)
材料二：
量子通信，是一种新型的通讯方式。它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。量子具有可叠加、非定域和不可克隆三大特性。正是基于此，科学家们解决了通信的绝对安全等经典通信所存在的一系列根本性问题，使量子通信取得了绝对优势。
量子通信，按其所传输的信息是经典还是量子分为两类。前者主要用于量子密钥的分发传输，后者则可用于量子隐形传态(包括量子纠缠的分发)。量子密钥的分发传输，以量子态为信息载体，通过量子信道使通信收发双方共享密钥，并结合经典信道实现经典信息的安全传递。量子隐形传态，利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置，传输的不是经典信息而是量子态携带的量子信息。
与经典通信方式比，量子通信具有明显的优势。任何截获或测试量子密钥的操作，都会改变量子状态，理论上有“无条件安全性”。在信息传输通道方面，经典光通信利用光束携带经典信息在光纤线路中传输；量子通信，尤其量子隐形传态，作为信息载体的物理量子本身并未被传递，所传送的只是量子的态，不需要任何线路媒质，传递过程不会为任何障碍所阻隔，有超强干扰能力。根据量子力学的叠加原理，一个n维量子态含有2n个态信息，而量子并行性使得量子计算机可以同时对2n个数进行运算，因此使用量子计算机对n维量子态进行传输，效率极高。(摘自2017年10月5日《中国科学技术网》)

材料三：
2016—2020年量子通信技术产业发展前景预测
注　市场渗透率是当前市场需求和潜在市场需求的一种比较，即某一产品或服务预期可增加的市场需求量与当前的市场需求量的比例，能反映该产品或服务的发展趋势。
(图中数据来源于《2016—2020中国量子通信行业深度调研及投资前景调查报告》)
材料四：
量子通信技术虽然发展迅猛，实际应用却并不普遍。对此，中科院院士潘建伟认为眼下技术已不是制约，关键在于成本和需求。他坦言，目前量子通信应用成本较高。假设一个人只有几十万块钱的存款，让他每年花几万块钱保证这笔钱“安全”他肯定不乐意。但如果每年只花几百块钱，就能保证上网、打电话、移动支付都是安全的，相信有不少人会考虑使用。此外，从需求的迫切性来看，随着人工智能时代到来，人类对网络安全的要求将大大提升，量子通信现实应用也会更加广泛。潘建伟推测，对军队、银行、政府机关等保密性较高的单位来说，量子通信广泛应用预计5～10年可实现。但如果是进入寻常百姓家，也许10年，也许20年，具体还要看智能社会的到来有多快。(选自2017年9月18日澎湃新闻)
1．下列对材料相关内容的梳理，不正确的一项是(　　)
A.
B.
C.
D.
2．下列对材料相关内容的概括和分析，正确的一项是(　　)
A．得益于远距离量子密钥分发、量子隐形传态、量子保密视频通话实验的成功实现，我国科学家将光纤通信的通信质量提高20倍。
B．由材料三可知，专网、公众网、云安全及特殊应用三大领域是量子通信产业发展的主要市场，且其在三大领域中的市场规模都在逐年扩大。
C．从材料三看，量子通信产业，2018年以前在专网领域的市场渗透率最高，2019年后，在公众网和云安全及特殊应用领域，市场潜在需求会越来越大。
D．四则材料虽然来源不同，谈论的角度和重点各有侧重，但都对中国量子通信发展的情况以及当前应解决的主要问题作了深入分析。
3．从材料看，量子通信要能普遍应用需要哪些条件？请分条作答。
答：____________________________________________________________________
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二、阅读下面的文字，完成文后题目。
材料一：
中国从“墨子号”的投资中获得了回报，完成了从卫星到地面的量子密钥分发，以及从地面到卫星的量子隐形传态。中国凭借在《自然》周刊上发表的这两项成果确保了在量子通信这一未来通信技术领域的至上地位。该技术主要可以提升通信过程中的安全性。
这枚科研卫星于2016年8月16日发射，在距离地球500公里至1 200公里处的低轨运行，中国科学技术大学教授潘建伟带领的团队完成了三大实验：量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发，此前这些实验仅在地面的光导纤维中完成过。
(摘编自《中国已成量子通信技术先驱》，2017年8月16日《参考消息》)
材料二：
中国仅用一年时间完成既定两年的科学目标，“墨子号”量子科学实验卫星取得的成绩让科学家们备受鼓舞。他们提出新目标：构建量子通信全球组网。量子是构成物质的最基本单元，具有不可克隆和不可分割的特性。换句话说，若以量子作为载体来传递密钥，窃听必然会被发现。2003年，中国科学技术大学教授潘建伟团队提出利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
2016年8月16日成功发射的“墨子号”是这项计划的“第一步”。卫星已相继完成星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态实验三大科学目标，成为量子通信通向实用化的“关键一步”。
潘建伟说，“墨子号”的星地高速量子密钥分发实验是由卫星发射量子信号，再由地面接收。实验结果表明，在1 200公里的通信距离上，卫星平均每秒发送4 000万个信号光子，一次实验可生成300千比特的密钥。这项成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了技术基础。“墨子号”的地星量子隐形传态实验则是由地面发射纠缠光子，再由卫星接收。这项成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究等奠定了技术基础。
中国科学院上海技术物理研究所研究员王建宇说，实现量子通信全球组网所需的卫星个数取决于用户需求和卫星轨道，“如果是在地球同步轨道，理论上有三颗卫星就能覆盖全球”。他认为从实用角度来说必须要构建由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，卫星发送密钥的时间也将从当前“墨子号”每次过境开展实验的10分钟延长到数个小时。
潘建伟说：“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的广域量子通信网络。”面向全球，中国科学家正在基于“墨子号”与国际同行开展合作，下一步将与欧洲量子通信团队联合进行洲际量子密钥分发，德国、意大利等国的地面站也正在为与“墨子号”对接做准备。
(摘自《中国科学家提出构建“量子通信全球组网”》，
2017年8月10日《中国新闻》)
4．下列有关科学家对量子通信技术应用的解说，不正确的一项是(　　)
A．科学家利用量子不可克隆和不可分割的特性，以量子作为载体来传递密钥，从而构建的量子通信网可以提升通信过程中的安全性。
B．“墨子号”量子通信实验进一步论证了量子通信无法被窃听，所取得的成绩让科学家们备受鼓舞，于是他们提出了“构建量子通信全球组网”的新目标。
C．早在“墨子号”量子科学实验卫星发射之前，中国科学家就提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
D．有科学家认为，理论上在地球同步轨道上发射三颗由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，就可以构建覆盖全球的量子通信网络。
5．下列对材料相关内容的概括和分析，不正确的一项是(　　)
A．潘建伟带领的团队完成了“墨子号”通信实验中的“量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发”三大既定科学目标，为我国未来继续引领世界量子通信技术发展的研究奠定了坚实的基础。
B．中国在《自然》周刊上发表的两项成果包括从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，确保了中国在量子通信技术领域的世界领先地位。
C．我国如果要建成全球化的广域量子通信网络，就要发射多颗量子通信卫星，这样才有希望在2030年之前继续保持这一领域的世界领先地位。
D．卫星由于具有方便覆盖整个地球的独特优势，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径，这在“墨子号”量子通信试验中得到了验证。
6．根据上述材料，概括说明构建量子通信全球组网必须具备哪些条件。
答：____________________________________________________________________
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答案精析
1．C　[“密钥”应为“量子(的)态”。]
2．B　[A项原文的意思是“量子通信质量比光纤通信高20倍”。C项从图上看，2019年后，量子通信产业在公众网领域的潜在市场需求未必“越来越大”。D项材料二只是介绍量子通信的知识，材料一、三没有谈及“当前应解决的主要问题”。]
3．(1)量子通信逐步产业化，降低使用成本。(2)人工智能时代到来，人们对网络安全的要求大大提升。
解析　根据“他坦言，目前量子通信应用成本较高”，概括出“降低使用成本”。根据“从需求的迫切性来看，随着人工智能时代到来，人类对网络安全的要求将大大提升，量子通信现实应用也会更加广泛”，概括出“对网络安全的要求大大提升”。
4．B　[“无法被窃听”错，应该是“窃听必然会被发现”。]
5．C　[C项“在2030年之前继续保持这一领域的世界领先地位”无中生有。]
6．①发射卫星(构建能覆盖全球的卫星网)；②分发量子密钥(完成星地高速量子密钥分发，即由卫星发射量子信号，再由地面接收)；③进行量子隐形传态(实现地星量子隐形传态，即由地面发射纠缠光子，再由卫星接收)；④建立地面站与量子卫星对接。
  
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