第 9 课 · 量子傅里叶变换 · 模块二:算法主线

小结与作业

  • 本课公式清单(编号排列):
    1. DFT:$\hat{a}_k = \sum_j a_j\cdot e^{2\pi i\cdot jk/N}$
    2. QFT 定义:$\mathrm{QFT}_N|j\rangle = (1/\sqrt{N})\cdot\sum_k e^{2\pi i\cdot jk/N}|k\rangle$(= DFT 矩阵 ÷ $\sqrt{N}$,酉)
    3. 张量积形式:$\mathrm{QFT}_N|j_1\cdots j_n\rangle = \otimes_\ell (|0\rangle + e^{2\pi i\cdot 0.j_\ell\cdots j_n}|1\rangle)/\sqrt{2}$
    4. 相位局部性:第 $\ell$ 比特相位 $2\pi\cdot 0.j_\ell\cdots j_n$,由 $j$ 的第 $\ell\ldots n$ 位决定
    5. 受控相位门:$R_m = \mathrm{diag}(1, e^{2\pi i/2^m})$
    6. 门数:$n + n(n-1)/2 + \lfloor n/2\rfloor = O(n^2)$,对比 FFT $O(n\cdot 2^n)$;近似线路 $O(n\cdot\log(n/\varepsilon))$
    7. 能力边界:读出 $O(N)$ + 输入 $O(N)$,$P(k) = |\hat{a}_k|^2/N$
    8. 干涉恒等式:$\mathrm{QFT}_N[(1/\sqrt{N})\cdot\sum_j e^{-2\pi i\cdot js/N}|j\rangle] = |s\rangle$(回踢给 + 号 → 用逆 QFT)
  • 自查问题(一行一个):QFT 定义式与 DFT 差在哪 / 张量积式第几个比特带几位 / $n=3$ 的门数是否数得出 7 / 比特倒序从哪来、SWAP 为何存在 / 两道 $O(N)$ 税怎么收、干涉引擎怎么用
  • 作业卡:练习 1 第 1、2 题;练习 2 第 1 题($j=6=(110)_2$ 数值化简——特别推荐,琥珀标记);练习 4 第 1 题;进阶选做练习 3 第 2 题、练习 5 第 3 题
类型summary-homework(公式清单)