高考申論題
114年
[天文] 近代物理
第 一 題
📖 題組：
2022 年諾貝爾物理學獎頒發予三位物理學家：法國的阿蘭・阿斯佩（Alain Aspect）、美國的約翰・克勞澤（John Francis Clauser），以及奧地利的安東・蔡林格（Anton Zeilinger），以表彰他們在量子糾纏實驗、驗證貝爾不等式的違背，以及開拓量子資訊科學領域的先驅性貢獻。獲獎理由為："for experiments with entangled photons, establishing the violation of Bell inequalities and pioneering quantum information science."請回答下列問題：
2022 年諾貝爾物理學獎頒發予三位物理學家：法國的阿蘭・阿斯佩（Alain Aspect）、美國的約翰・克勞澤（John Francis Clauser），以及奧地利的安東・蔡林格（Anton Zeilinger），以表彰他們在量子糾纏實驗、驗證貝爾不等式的違背，以及開拓量子資訊科學領域的先驅性貢獻。獲獎理由為："for experiments with entangled photons, establishing the violation of Bell inequalities and pioneering quantum information science."請回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
何謂量子糾纏（Quantum Entanglement）？（10 分）
思路引導 VIP
看到量子糾纏，應先從『狀態的不可分離性』切入，給出嚴謹的數學定義（系統總波函數無法寫成個別波函數的張量積）。接著論述其物理特性（非定域性、測量塌縮的瞬間關聯），最後點出其在量子資訊科學上的應用價值，以完整獲取10分。
小題 (二)
量子糾纏具有那些潛在或現行應用？（5 分）
思路引導 VIP
看到量子糾纏的應用，應立刻聯想「量子資訊科學」的三大核心支柱：量子通訊、量子計算與量子感測。作答時，條列出具體技術名稱（如量子密鑰分發、量子隱形傳態）並簡述其運作原理或優勢，即可穩拿此題的5分。
小題 (三)
傳統古典電腦（Classical Computer）與量子電腦（Quantum Computer）之間有何主要區別？（10 分）
思路引導 VIP
面對這題，考生應直指兩者的根本差異：運算單元的物理本質。從「位元 (Bit)」與「量子位元 (Qubit)」切入，延伸至「量子疊加」與「量子糾纏」帶來的平行運算優勢，最後舉出特定演算法（如 Shor's 演算法）的指數級加速作為佐證。
量子糾纏的核心機制
💡 兩粒子狀態高度關聯，整體狀態無法由個別粒子波函數乘積描述。
| 比較維度 | 古典關聯 | VS | 量子糾纏 |
|---|---|---|---|
| 狀態描述 | 各粒子狀態可獨立描述 | — | 系統狀態不可分割 |
| 定域性質 | 符合定域實在論 | — | 具備非定域性 |
| 測量影響 | 互不影響已知狀態 | — | 測量導致全體瞬間塌縮 |
💬量子糾纏打破了古典定域性限制，是實現量子科技的核心資源。
