第 8 课 · 第一个量子算法——Deutsch-Jozsa 与 Bernstein-Vazirani · 模块二:算法主线

量子预言机 U_f

  • 命题框:$U_f|x\rangle|y\rangle = |x\rangle|y\oplus f(x)\rangle$(作用在 $n$ 个数据位 + 1 个辅助位上;$\oplus$ 为模 2 加)
  • 推导步骤:
    1. 可逆性:对每个计算基矢追踪两次作用,$(y\oplus f(x))\oplus f(x) = y$ → $U_f\cdot U_f = I$
    2. 酉性链条:$U_f^{-1} = U_f$ $\Rightarrow$ 保内积 $\Rightarrow$ 酉算子 $\Rightarrow$ 可合法出现在量子线路中
    3. 演算(平衡 $f(x_1x_2)=x_1$):$U_f|01\rangle|1\rangle = |01\rangle|1\oplus f(01)\rangle = |01\rangle|1\oplus 0\rangle = |01\rangle|1\rangle$(不变);$U_f|10\rangle|0\rangle = |10\rangle|0\oplus 1\rangle = |10\rangle|1\rangle$(翻转)
  • 结果框:一次 $U_f$ 调用 = 一次查询;线路共 $n+1$ 位
类型definition-derivation