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

算法四步流程

  • 四步卡(每步 = 编号节点 + 态公式 + 开销量):
    1. 叠加制备:$|\psi_0\rangle = (1/n)\cdot\sum_{a,b}|a\rangle|b\rangle|0\rangle$——归一化:$n^2$ 个基态各带 $1/n = 1/\sqrt{n^2}$;前两个寄存器各 $\lceil\log_2 n\rceil$ 比特
    2. 模幂计算:$|\psi_1\rangle = (1/n)\cdot\sum_{a,b}|a\rangle|b\rangle|g^a h^b \bmod p\rangle$——开销大头 $O((\log p)^3)$
    3. 二维 QFT:$\mathrm{QFT}_n \otimes \mathrm{QFT}_n$ 作用前两个寄存器,$|a\rangle|b\rangle$ → $(1/n)\cdot\sum_c \sum_d e^{2\pi i(ac+bd)/n}|c\rangle|d\rangle$,随后测量得 $(c,d)$
    4. 经典后处理:$x \equiv c^{-1}\cdot d \pmod{n}$(扩展欧几里得求 $c^{-1}$)
  • 演算($p = 13$):$\lceil\log_2 12\rceil = 4$ 比特/寄存器;门数表:模幂 $O((\log p)^3)$ + 二维 QFT $O((\log p)^2)$ + 后处理 $O((\log p)^3)$ → 总计 $O((\log p)^3)$
  • 结果框:量子核心 = 步骤 2 的模幂;QFT 只负责"读出"——分布推导见第 6 页
类型流程(四步流水线,节点挂态公式与复杂度)