第 12 课 · Grover 搜索——几何、最优迭代与下界 · 模块二:算法主线

大海捞针要捞多少次(开场钩子)

  • 引子(一句,页角小字):在毫无结构的数据库里找一根针,量子只付平方根的代价——本页把这句话算成数字
  • 命题框:无结构搜索:$N = 2^n$ 个条目中恰有一个目标 $x_0$;除预言机查询外无任何结构信息
  • 演算步骤:
    1. 经典随机查询:单次命中概率 $p = 1/N$ → 几何分布平均 $1/p = \Theta(N)$ 次
    2. 代入 $N = 10^6$:经典平均 $10^6$ 次
    3. Grover:$T \approx (\pi/4)\sqrt{N}$ → 代入 $(\pi/4)\times 10^3 \approx 785$ 次;加速比 $10^6 \div 785 \approx 1273$
  • 结果框:$O(\sqrt{N})$ 次预言机查询——且已被证明是下界意义上的最优
类型hook(开场页,保留一句引子;主体为计算)