第 10 课 · 相位估计 · 模块二:算法主线

第一段:受控幂级联与相位回踢

  • 命题框(相位回踢):$c\text{-}U\cdot(|0\rangle+|1\rangle)/\sqrt{2} \otimes |u\rangle = (1/\sqrt{2})(|0\rangle + e^{2\pi i\phi/N}|1\rangle)|u\rangle$
  • 推导步骤(编号行):
    1. 控制位 0 → 不作用;控制位 1 → $U|u\rangle = e^{2\pi i\phi/N}|u\rangle$——本征相位被"踢"到 $|1\rangle$ 分量上
    2. 第 $j$ 位控制 $U^{2^j}$:贡献相位 $e^{(2\pi i\phi/N)\cdot 2^j\cdot z_j}$
    3. 逐位相乘($n = 3$ 例):$e^{(2\pi i\phi/N)z_0}\cdot e^{(2\pi i\phi/N)2z_1}\cdot e^{(2\pi i\phi/N)4z_2}$
    4. 二进制展开合并指数:$2^0 z_0 + 2^1 z_1 + \cdots + 2^{n-1}z_{n-1} = z$
    5. 终态(记 $\omega = e^{2\pi i/N}$):$(1/\sqrt{N})\sum_{z=0}^{N-1} \omega^{\phi z}|z\rangle \otimes |u\rangle$
  • 演算($n = 3$、$N = 8$、$\phi = 3$、$z = 5 = 101_2$):指数 $= 3\cdot(2^0\cdot 1 + 2^1\cdot 0 + 2^2\cdot 1) = 3\cdot 5 = 15$;由 $\omega^8 = 1$ 得 $\omega^{15} = \omega^7$
  • 结果框:本征相位被编码为计数寄存器上的线性相位 $\omega^{\phi z}$
类型definition-derivation