第 9 课 · 量子傅里叶变换 · 模块二:算法主线

冷水:两道障碍

  • 命题框:两道 $O(N)$ 税——读出:单次测量只得某个 $|k\rangle$,$P(k) = |\hat{a}_k|^2/N$;输入:把经典数据 $a_j$ 制备成 $\sum_j a_j|j\rangle$ 一般需 $O(N)$ 操作
  • 演算(读出障碍具体化):对第 11 页输出态 $1/2(|00\rangle + i|01\rangle - |10\rangle - i|11\rangle)$ 直接测量:P(每个 $k$) $= |\pm 1/2|^2 = |\pm i\cdot 1/2|^2 = 1/4$,四结果等概率——携带 $j = 01$ 信息的相位 $i$、$-1$ 在测量概率中完全不可见(基矢输入时所有输出振幅模 $= 1/\sqrt{N}$,教材练习 5 第 1 题)
  • 代价行:恢复完整 $\{\hat{a}_k\}$ 需重复整个流程 $O(N)$ 次($N = 2^{100}$ → $2^{100}$ 次);制备输入再交一次 $O(N)$——相位信息(DFT 结果里最有价值的部分)单次测量全部丢失
  • 结果框:两道 $O(N) = O(2^n)$ 税各收一次,指数优势荡然无存——QFT 不是"快速傅里叶变换的量子版"
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