第 11 课 · Simon 算法与 Abel 隐藏子群——统一视角 · 模块二:算法主线

第一步:一次查询造出陪集态

  • 命题框:陪集态 $|g+H\rangle = (1/\sqrt{|H|})\cdot\sum_{h\in H}|g+h\rangle$——随机陪集上的均匀叠加
  • 推导步骤(逐行):
    1. 制备均匀叠加(逐分量 QFT/Hadamard):$(1/\sqrt{|G|})\cdot\sum_x|x\rangle|0\rangle$
    2. 一次 $U_f$:$(1/\sqrt{|G|})\cdot\sum_x|x\rangle|f(x)\rangle$——一次调用写入全部 $|G|$ 个函数值(与经典逐点查询的根本区别)
    3. 测第二寄存器得 $c$:与 $c$ 相容的项 $= (1/\sqrt{|G|})\cdot\sum_{h\in H}|g+h\rangle\cdot|c\rangle$,共 $|H|$ 项、每项振幅 $1/\sqrt{|G|}$
    4. 概率 $= |H|\times(1/|G|) = |H|/|G|$;归一化(乘 $\sqrt{|G|/|H|}$)→ $|g+H\rangle$
  • 演算($\mathbb{Z}_{12}$ 实例):每个函数值被测到的概率 $= 3/12 = 1/4$;每项振幅 $1/\sqrt{12}$ → 归一化后 $1/\sqrt{3}$;取陪集 $1+H = \{1,5,9\}$ → $|1+H\rangle = (|1\rangle+|5\rangle+|9\rangle)/\sqrt{3}$
  • 注记(两条短行):不测、直接丢弃第二寄存器(取部分迹)统计相同;计算基下测陪集态 = 均匀随机群元素,不含任何 $H$ 信息——必须换基
  • 结果框:陪集态的平移不变群恰为 $H$(信息全在态里),但要在特征基下才能读出(下一页)
类型definition-derivation