第 9 课 · 量子傅里叶变换 · 模块二:算法主线

手算走查:$\mathrm{QFT}_4|01\rangle$

  • 题面:$j = 1 = (01)_2$,$N = 4$;两种算法各算出 4 个振幅并对照
  • 左栏(按定义式,$k = 0,1,2,3$ 逐项):指数 $jk/4$ → $e^0 = 1$,$e^{2\pi i\cdot 1/4} = i$,$e^{2\pi i\cdot 2/4} = e^{\pi i} = -1$,$e^{2\pi i\cdot 3/4} = -i$ → $\mathrm{QFT}_4|01\rangle = 1/2(|00\rangle + i|01\rangle - |10\rangle - i|11\rangle)$
  • 右栏(按张量积公式):$0.j_1j_2 = 0.01_2 = 1/4$ → $e^{2\pi i\cdot 1/4} = i$;$0.j_2 = 0.1_2 = 1/2$ → $e^{\pi i} = -1$ → $(|0\rangle + i|1\rangle)/\sqrt{2} \otimes (|0\rangle - |1\rangle)/\sqrt{2} = 1/2(|00\rangle - |01\rangle + i|10\rangle - i|11\rangle)$
  • 验证行:两组振幅的模逐位相等(各 $= 1/2$,概率均 $|1/2|^2 = 1/4$,总和 $4\times 1/4 = 1$ ✓);$|01\rangle$ 与 $|10\rangle$ 位置的振幅互换($i\cdot 1/2$ ↔ $-1/2$)
  • 结论卡:张量积形式天然给出比特倒序 (bit-reversal) 输出——这正是末端 SWAP 的由来;动手验证 $j = 2, 3$,体会 $e^{i\pi} = -1$ 等相位的来源
类型worked-example(全课演算主力页)