第 15 课 · Shor 离散对数与 Trotter 哈密顿模拟 · 模块三:现代算法体系

核心思想:把对数藏进一个格

  • 命题框:$f(a,b) = g^a h^b \bmod p$;由 $h = g^x$ 得 $f(a,b) = g^{a+xb \bmod n}$——$f$ 只依赖线性组合 $a+xb$
  • 推导步骤:
    1. 等值集:$f(a,b) = g^r \iff a+xb \equiv r \pmod{n} \iff a = r-xb \bmod n$ → 解集 $\{(r-xb \bmod n, b) : b \in \mathbb{Z}_n\}$,每个 $r$ 恰 $n$ 个点
    2. 演算($n = 12$、$x = 7$):取 $(a,b) = (3,5)$ → $r = 3+7\times 5 = 38 \equiv 2 \pmod{12}$ → $f(3,5) = g^2$
    3. 隐藏格:$\Lambda = \{(a,b) : a+xb \equiv 0 \pmod{n}\}$——两个满足同余式的元素之和仍满足 → 对加法封闭,是 $\mathbb{Z}_n\times\mathbb{Z}_n$ 的子群;等值集恰为陪集 $\Lambda+(r,0)$
    4. HSP 桥梁:$f$ 在每个陪集上取常值、不同陪集取不同值;$\Lambda$ 的定义方程系数正是 $x$ → 求 $\Lambda \iff$ 求 $x$
  • 结果框:DLP = 二维隐藏子群问题;QFT 采样是"从陪集常值函数提取隐藏子群"的标准解法
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