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

手算走查:$n=2$

  • 题面框:$n=2$,基矢 $|00\rangle$、$|01\rangle$、$|10\rangle$、$|11\rangle$;两组 Oracle——$f\equiv 0$(常数)与 $f(x_1x_2)=x_1$(平衡)
  • 代入过程(逐行:符号式 → 代数值 → 算出结果):
    1. 例 1 $f\equiv 0$:Step 2 态不变;$(1/2)\cdot\sum_x |x\rangle = H^{\otimes 2}|00\rangle$,而 $H^{\otimes 2}\cdot H^{\otimes 2} = I$ → $|\psi_3\rangle = |00\rangle$,$P(00) = 1$
    2. 例 1 补注:$f\equiv 1$ 只差全局相位 $-1$,测量结果与 $f\equiv 0$ 完全相同
    3. 例 2 Step 2:$|\psi_2\rangle = 1/2(|00\rangle+|01\rangle-|10\rangle-|11\rangle)$,系数 $(+1,+1,-1,-1)$ 对应 $x=00,01,10,11$
    4. 例 2 Step 3 逐基矢归并(用 $H^{\otimes 2}|x\rangle$ 的四个展开式):

$A(|00\rangle) = 1/4(1+1-1-1) = 0$;$A(|01\rangle) = 1/4(1-1-1+1) = 0$;$A(|10\rangle) = 1/4(1+1+1+1) = 1$;$A(|11\rangle) = 1/4(1-1+1-1) = 0$

  1. 验证行:$0^2+0^2+1^2+0^2 = 1$ ✓;测得 $10 \ne 00$ → 判平衡
  • 结果框:常数 $\Rightarrow$ 概率 1 测得 $00$;平衡 $\Rightarrow$ 概率 1 测得非 $00$(本例恰为 $10$)——两例均一次查询、零错误
类型worked-example