第 14 课 · Shor 因数分解——从 RSA 的根基到量子指数加速 · 模块二:算法主线

电路:受控模乘

  • 命题框:$x = x_0 + 2x_1 + 4x_2 + \cdots$;第 $k$ 个受控门在控制比特为 1 时执行 $|y\rangle \mapsto |a^{2^k}\cdot y \bmod N\rangle$
  • 演算步骤($N = 15, a = 7$):
    1. 乘数逐个算出:$7^{2^0} \bmod 15 = 7$;$7^{2^1} = 49 \bmod 15 = 4$;$7^{2^2} = 7^4 \bmod 15 = 1$ → 乘数序列 7, 4, 1
    2. 第三个门退化为恒等操作:$r = 4$ 整除 $2^2$,$a^{2^2} = a^4 \equiv 1$
    3. 对比 $a = 11$($r = 2$):$11^{2^0} = 11$;$11^{2^1} = 121 \equiv 1 \pmod{15}$ → 从第 2 个门起即恒等——$r$ 越小,循环来得越早
  • 结果框:$a^{2^k} \equiv 1 \iff r \mid 2^k$——周期结构直接刻进电路;指数爬过周期,乘数开始循环
类型worked-example(电路演算)