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

小结与作业

  • 本课公式清单(编号排列):
    • ① 复杂度:数域筛 $O(\exp((64/9)^{1/3}\cdot(\log N)^{1/3}\cdot(\log\log N)^{2/3}))$ vs Shor $O((\log N)^3)$
    • ② 阶与因子:$a^r \equiv 1 \pmod{N}$;$r$ 偶 且 $a^{r/2} \not\equiv -1$ → $\gcd(a^{r/2} \mp 1, N)$ 非平凡
    • ③ 坍缩态:$|\varphi\rangle = (1/\sqrt{M})\cdot\sum|x_0+kr\rangle$,$M \approx Q/r$,$Q = 2^n \ge N^2$
    • ④ 振幅:$|\sum e^{2\pi ik\Delta}| = |\sin(\pi M\Delta)/\sin(\pi\Delta)|$,$\Delta = jr/Q$
    • ⑤ 峰与概率:$j_c \approx cQ/r$;$P(j_c) \gtrsim 4/(\pi^2 r)$;$r$ 峰合计 $\approx 4/\pi^2 \approx 0.40$
    • ⑥ 精度链:$|j_c/Q - c/r| \le 1/(2Q) \le 1/(2N^2) < 1/(2r^2)$
    • ⑦ Legendre:$|\alpha - p/q| < 1/(2q^2) \Rightarrow p/q$ 为渐近分数;$r' = r/\gcd(c, r)$
    • ⑧ 失败率:$r = \mathrm{lcm}(r_p, r_q)$;$P_{\text{失败}} \le 1/2$(等号 $p \equiv q \equiv 3 \bmod 4$)
    • ⑨ 电路:$a^{2^k} \equiv 1 \iff r \mid 2^k$
  • 作业卡(真实题):必做 练习 8 第 1 题(独立分解 15 全流程演算)、练习 2 第 1 题(求 $N = 21$、$a = 2$ 的阶);选做 练习 5 第 2 题($Q = 256$ 峰位与概率演算)、练习 6 第 1 题($j = 128$ 连分数实操);进阶挑战 练习 1 第 2 题(复杂度估算 $8.6\times 10^9$ vs $10^{308}$)、练习 4 第 2 题($N = 21$ 枚举对照失败概率公式)
类型summary-homework(公式清单 + 作业)