《发展量子通信为何要上天》阅读题及答案

(一)现代文阅读Ⅰ(本题共5小题，19分)
　　阅读下面文字，完成1～5题。
　　作为量子通信的基础概念之一，量子在近年来的各种科幻作品中出镜率很高，但想要精确地定义它并不容易。
　　中国科学院量子信息与量子科技创新研究院教授级高级工程师廖胜凯介绍，量子是现代物理的重要概念，即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，最小单位被称为量子。
　　“量子的概念由德国物理学家普朗克提出，最早被用于解释黑体辐射这种能量现象。”廖胜凯表示，“后续的实验表明，诸如角动量、电荷、能量等其他的物理量也具有不连续变化的量子化现象，超出牛顿经典力学理论框架的量子力学也就随之产生。”
　　廖胜凯介绍，相比于牛顿经典力学，量子力学具有如下特征：不确定性、测量坍缩性和不可克隆性。这三大特征也成了量子通信能够实现的理论基础。
　　“工欲善其事，必先利其器。”无线电通信等传统通信方式要求基站等有关设备的支持。量子通信作为一种先进的通信手段，自然也离不开诸多先进的设备。既然量子通信通常采用单光子作为信息传递的物理载体，人们不禁想到，直接连接一条光纤是否足以满足远距离量子通信的需要呢？
　　答案显然是否定的。损耗问题成了光纤法不可行的症结所在。“量子具有不可克隆原理，因此单光子量子信息不能像经典通信那样被放大。一旦传输距离较远，损耗问题就会变得极其严重。”廖胜凯指出，“根据数据测算，通过 1200公里的光纤，即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器，也需要数百万年才能传输一个比特的密钥，这显然是完全不现实的。”
　　1200公里的光纤或许尚可制造，但每秒百亿发射率的单光子源以及完美的探测器都不是目前技术等现实条件所能企及的，更何况人们也不可能等待数百万年来传输信息。科学家们被迫寻找其他解决问题的方向。
　　既然地面走不通，上天就成了一个可能的选择。“利用外太空几乎真空、光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信的距离。”廖胜凯表示，“此外，由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，使用卫星进行量子通信是全球尺度上实现超远距离实用化量子通信最有希望的途径之一。”
　　尽管量子卫星功能十分强大，但要想真正起到对广域量子通信的支撑性作用，仅仅依靠一颗量子卫星显然是不够的。需要更多的量子卫星团结协作，形成卫星组网。
　　廖胜凯介绍，通常来说，实现卫星组网有两类解决方案。一类是依靠大量的低轨卫星构成实时覆盖的网络。铱星计划、星链计划等均属于此类。“低轨卫星经过地面站的通信时间往往仅有数分钟，因此需要数百乃至数万颗卫星。”廖胜凯说。
　　另一类则主要靠中高轨卫星，如相对地面静止的地球同步轨道卫星。“地球同步轨道大约为 36000千米高，也就是目前广播电视卫星、常规通信卫星所处的轨道。”廖胜凯表示，“一般来说，三颗地球同步轨道卫星即可完成全球范围覆盖。”
　　廖胜凯介绍，通常来说，低轨卫星轨道低、信号强、传输速率高，但是过境时间短，传输的信息量少；高轨卫星轨道高、信号弱、传输速率低，但是传输时间长，几乎可以全天时工作，传输的信息量大；中轨道卫星则处在高轨卫星和低轨卫星之间，兼有两者的特点。
　　“具体采用哪种形式的卫星，应根据需要选择。在一个采用卫星建立的量子网络中，往往需要综合利用三种类型的卫星。”廖胜凯表示。在量子卫星的加持下，量子通信已经取得了极大的进步。但在廖胜凯看来，想要真正实现大规模的应用，需要在政策与技术两方面继续努力。
　　从技术上看，量子適信还应该朝着提高码率、提升距离、降低成本等方面发展。“目前量子通信的成熟产品成码率还较低，通常仅能达到数千：比特每秒(kbps)的水平，需要和对称密码算法结合使用，实现大数据率加密保护；另一方面，成熟产品的成本较高，不利于大规模推广应用。”廖胜凯介绍。
　　从政策上看，作为密码技术中密钥分发或者密钥协商的一种方式，量子通信需要满足密码应用的合规性，形成行业标准，之后才能广泛应用推广。“虽然通过近十年的努力，国内外初步形成和发布了一些标准，但还需加大支持力度，形成完备的体系并完善测评认证能力，才能支持规模化应用。”廖胜凯说。
　　尽管面临一些挑战，但量子通信所能带来的未来无疑是极其令人向往的。“设想一下，在未来每个人的隐私都能得到有效保护，千万里无损传信也会易如反掌。”廖胜凯表示，“我始终相信，量子通信将带领人类走向一个更加美好的未来！”
　　(摘编自《发展量子通信为何要上天？》，《科技日报》2023年6月27日)
　　1.下列对原文相关内容的理解和分析，不正确的一项是(3分)
　　A.近年来量子常出现在科幻作品中，而量子通信能够实现的理论基础是量子力学具有不确定性、测量坍缩性和不可克隆性。
　　B.尽管量子卫星功能十分强大，但需要更多的量子卫星团结协作，形成卫星组网，才能真正起到对广域量子通信的支撑性作用。
　　C.一般而言，实现卫星组网有两类解决方案，一是依靠数百乃至数万颗低轨卫星构成实时覆盖的网络，二是主要靠中高轨卫星。
　　D.量子通信将带领人类走向一个更加美好的未来，以后每个人的隐私必定都能得到有效保护，千万里无损传信也易如反掌。
　　2.根据原文内容，下列说法不正确的一项是(3分)
　　A.量子是现代物理的重要概念，最早是由德国物理学家普朗克提出的，后来产生了超出牛顿经典力学理论框架的量子力学。
　　B.直接连接一条光纤无法满足远距离量子通信的需要，使用卫星进行量子通信成为全球尺度上实现超远距离实用化量子通信的最好选择。
　　C.量子通信不可使用光纤法，因为一旦传输距离较远，光纤损耗问题就会极其严重，而且在目前技术层面和时间方面也不现实。
　　D.低轨卫星、中轨道卫星和高轨卫星各有特点，它们传输的时间长短和信息量并不相同，我们可以根据需要选择不同形式的卫星。
　　3.下列选项，最适合作为论据来支撑“可使用卫星进行量子通信”观点的一项是(3分)
　　A.量子通信指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。
　　B.量子通信绝不会“泄密”，其一体现在量子加密的密钥是随机的，即使被窃取者截获，窃取者也无法得到正确的密钥，因此无法破解信息。
　　C.一支意大利和奥地利科学家小组首次识别出从地球上空 1500 公里处的人造卫星上反弹回地球的单批光子.，实现了太空绝密传输量子信息的重大突破。
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　　D.量子信息学，是量子力学与信息科学相结合的产物，是以量子力学的态叠加原理为基础，研究信息处理的一门新兴前沿科学。
　　4.作者在文中大量引用了廖胜凯的话语、有什么好处？请简要说明。(4分)
　　5.如何才能实现量子通信的规模化应用？ 请根据原文简要概括。(6分)

1. D(D项，“以后每个人的隐私必定都能得到有效保护，千万里无损传信也易如反掌”错误，表述过于绝对，根据原文最后一段“设想一下，在未来每个人的隐私都能得到有效保护，千万里无损传信也会易如反掌”可知，这只是一种设想。)
　　2. B(B项，“最好选择”错误，根据原文“由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，使用卫星进行量子通信是全球尺度上实现超远距离实用化量子通信最有希望的途径之一”可知，只是“最有希望的途径之一”。)
　　3. C(A 项是给量子通信下定义。B项说的是量子通信具有保密性。D 项解释了量子信息学的概念。)
　　4.①文章大量引用了廖胜凯的话语，介绍了关于量子通信的专业知识，极大地丰富了文章内容；②直接引用专家的话语，增强了文章的科学性、权威性。(每点 2 分，意思对即可)
　　5.①技术上，量子通信还应该朝着提高码率、提升距离、降低成本等方面发展。②政策上，还需加大支持力度，完善量子通信行业标准，形成完备的体系并完善测评认证能力。(每点3分)