主定理:N 条并行的 QSP 序列(下半场核心推导)

1. 缺陷向量:U|v_j⟩ = σ_j|u_j⟩ + ρ_j|ū_j⟩,勾股 ‖(I−Π̃)·U|v_j⟩‖² = 1 − σ_j² = ρ_j²(ρ_j = √(1−σ_j²)),对称定义 |v̄_j⟩

2. 信号矩阵:基 (v_j, v̄_j) → (u_j, ū_j) 下 U 与 U† 的表示矩阵同为 M(σ_j) = [σ_j, ρ_j; ρ_j, −σ_j];直接验证 M² = I(两列正交、范数 1)——解释 U 与 U† 同矩阵;无 j 间串扰 → 酉分解 U = S̃·Λ·S†,谱信息全在块对角 Λ 的各 M(σ_j) 里

3. QSP 桥:M(σ) = −i·S(π/4)·W(σ)·S(π/4);验证:S(π/4)·W·S(π/4) = [iσ, iρ; iρ, −iσ] = i·M(σ)

4. 相位平移:代入交错序列并合并相邻处理器(S(a)·S(b) = S(a+b))→ Ψ₀ = Φ₀+π/4、Ψ_k = Φ_k+π/2(1 ≤ k ≤ d−1)、Ψ_d = Φ_d+π/4;整体相位 (−i)^d 由 Φ₀ → Φ₀+πd/4 消去

5. d = 2 核对:[V]₀₀ = e^{i(Φ₀+Φ₂)}·(e^{iΦ₁}σ² + e^{−iΦ₁}ρ²)——追坐标与 QSP 序列两种算法一致

类型definition-derivation(重点页,占满)