- 命题框:取 U := G、输入换成易制备的 |ψ⟩;|ψ⟩ = C₁|u₁⟩ + C₂|u₂⟩,C₁ = (√p − i√(1−p))/√2、C₂ = (√p + i√(1−p))/√2
- 推导步骤:
1. 反解本征基:|g⟩ = (|u₁⟩+|u₂⟩)/√2、|b⟩ = (−i/√2)(|u₁⟩−|u₂⟩)
2. 代入展开得 C₁、C₂;模方演算:|C₁|² = (p+(1−p))/2 = 1/2,同理 |C₂|² = 1/2,和 = 1 ✓
3. 相位估计是线性演化,对每个本征分量独立作用:|0⟩|ψ⟩ → C₁|φ̃₁⟩|u₁⟩ + C₂|φ̃₂⟩|u₂⟩
4. 本征值写成 e^{iφ} 形式:φ₁ = Nθ/2π、φ₂ = N − Nθ/2π(θ 小 → 一峰近 0、一峰近 N,易区分)
5. 反解链:φ̂ = 2π·φ̃/N;若 φ̂ > π 取 θ = 2π − φ̂;p = (1−cos θ)/2 = sin²(θ/2)
- 演算(θ = π/4、N = 8):p = sin²(π/8) = (2−√2)/4 ≈ 0.146;φ₁ = 1、φ₂ = 7,各以 1/2 概率读出;读 7 → φ̂ = 7π/4 > π → θ = 2π − 7π/4 = π/4 → p = sin²(π/8) ≈ 0.146 ✓ 往返一致
- 结果框:读数双峰各 1/2,任一峰都能还原 p = sin²(θ/2)——量子计数(quantum counting)完成
- 思考题条:精度与 √p 的关系(θ 分辨率 O(2π/N),p ≈ θ²/4 在 p 小时放大角度误差);访问复杂度仍分两种模型讨论