- 命题框:恒等式 $H^{\otimes n}|x\rangle = (1/\sqrt{2^n})\cdot\sum_z(-1)^{x\cdot z}|z\rangle$
- 推导步骤(逐行,等号对齐感):
- 对孪生态作用 $H^{\otimes n}$:$(1/\sqrt{2})\cdot(H^{\otimes n}|x_u\rangle + H^{\otimes n}|x_u\oplus s\rangle)$
- 代入恒等式合并:$(-1)^{(x_u\oplus s)\cdot z} = (-1)^{x_u\cdot z}\cdot(-1)^{s\cdot z}$ → $= (1/\sqrt{2^{n+1}})\cdot\sum_z(-1)^{x_u\cdot z}\cdot[1+(-1)^{s\cdot z}]|z\rangle$
- 干涉因子两分:$s\cdot z=1$ → $1+(-1) = 0$(两项相消);$s\cdot z=0$ → $1+1 = 2$(相长)
- $P(z) = |1+(-1)^{s\cdot z}|^2/2^{n+1}$:$s\cdot z=1$ → 0;$s\cdot z=0$ → $4/2^{n+1} = 1/2^{n-1}$
- 均匀性验证:$s^\perp = \{z : z\cdot s=0\}$ 恰含 $2^{n-1}$ 个元素 → 总概率 $2^{n-1}\times 1/2^{n-1} = 1$ ✓
- 演算(教材练习 4 第 1 题,$n=3$、$s=111$):
- $z=011$:$s\cdot z = 0+1+1 = 0$(mod 2)→ $P = 1/2^{n-1} = 1/4$
- $z=001$:$s\cdot z = 0+0+1 = 1$ → 干涉相消,$P = 0$
- 可测到的 $z = \{000, 011, 101, 110\}$(偶重量),各 $1/4$
- 结果框:每次运行免费得到一条随机线性方程 $z\cdot s \equiv 0 \pmod{2}$;顺便测掉输出寄存器不影响分布
类型definition-derivation(重点页,占满——本课上半场高潮)