第三步:样本即方程,方程定子群

1. 约束来历:χ_y(h) = 1 ⟺ e^(2πi·Σ_j y_j·h_j/N_j) = 1 ⟺ Σ_j y_j·h_j/N_j ∈ ℤ——量子测量把"求子群"化成"解线性同余方程组"

2. 演算(ℤ₁₂ 例续,教材 §5.5):测到 y=3 → 3h ≡ 0 (mod 12) → h ∈ {0,4,8};单测 y=6 → h 为偶(约束太弱);测到 3 与 9(生成 H⊥)→ H 完全确定

3. Lemma 2(阶翻倍证明):已生成子群 L ≠ K → |L| ≤ |K|/2(Lagrange)→ 下一样本落在 L 外概率 1−|L|/|K| ≥ 1/2;每次扩张阶至少翻倍 → 至多 log₂|K| 次扩张、每次期望等待 ≤ 2 → E ≤ 2·log₂|K|;成功率提升到 1−δ 只需再乘 O(log(1/δ)) 轮

4. 恢复 H:H = (H⊥)⊥ → 两边乘 M = N₁···N_m 清分母 → 整系数同余方程组 → Smith 标准形 A = UDV(U、V 行列式 ±1 的整数矩阵)→ 多项式时间读出 H 的生成元

5. 复杂度核算:量子查询 O(log|G|) 次;每轮电路 = 叠加 + 一次 U_f + F_G(每个 QFT_Nj 约 O((log N_j)²) 门);经典后处理多项式——总门复杂度关于 log|G| 多项式(群分解已知、oracle 可高效实现的前提下)

类型definition-derivation