フーリエサンプリングは実際どのように機能しますか(そしてパリティ問題を解決しますか)?


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Umesh Vazirani教授によるフーリエサンプリングビデオ講義のパートIおよびパートIIについて書いています。

一部では、彼らは次のように始まります:

アダマール変換:

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| U⟩=| u1。。。UN⟩→Σ{0、1}N(-1)U。バツ

|0...0⟩→∑{0,1}n12n/2|x⟩
|u⟩=|u1...un⟩→∑{0,1}n(−1)u.x2n/2|x⟩(where u.x=u1x1+u2x2+...+unxn)

フーリエサンプリングでは:

|ψ⟩=∑{0,1}nαx|x⟩→∑xαx^|x⟩=|ψ^⟩

いつ、我々が見て測定されたXの確率での| ^ α X | 2。|ψ^⟩x|αx^|2

パートII:

パリティの問題:

我々は、機能を与えられているブラックボックスとして。f (x )= uであることがわかります。X(すなわち、U 1 X 1 + U 2 X 2 + 。。。+ U N X N(2 MOD ))、いくつかの隠されたため、U ∈ { 0 、1 } nはf:{0,1}n→{0,1}f(x)=u.xu1x1+u2x2+...+unxn(mod 2)u∈{0,1}n。どのようにして、fへのクエリをできるだけ少なくしてを理解するのでしょうか。uf

ここに画像の説明を入力してください

彼らは、を最小限のステップ数で計算するには、2ステップの手順に従う必要があると言います。u

  • 重ね合わせを設定する12n/2∑x(−1)f(x)|x⟩

  • を取得するためのフーリエサンプル。u

これは私が道に迷ったところです。「重ね合わせを設定する」とはどういう意味かわかりません。なぜそれをするべきなのか?そして、(説明されているように)フーリエサンプリングはどのようにを決定するのに役立ちますか?u

彼らはさらにこのような量子ゲートを構築します:

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|0⟩|−⟩−⊕f(0...0)⊕

回答:


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|0⟩⊗n|−⟩H⊗n⊗I

(∑x={0,1}n12n/2|x⟩)|−⟩=12n/2(|0⟩+|1⟩)⊗n|−⟩.
Uf
Uf(∑x={0,1}n12n/2|x⟩)|−⟩=∑x={0,1}n12n/2|x⟩|−⊕f(x)⟩.

⊕

(∑x={0,1}n12n/2(−1)f(x)|x⟩)|−⟩.
Uf|x⟩(|0⟩−|1⟩)=|x⟩|f(x)⟩−|1⊕f(x)⟩=(−1)f(x)|x⟩(|0⟩−|1⟩)

xx=∏ixi

H|xi⟩=12(|0⟩+(−1)xi|1⟩)=12∑y={0,1}(−1)xi.y|y⟩.

H⊗n|x⟩=12n/2∑y∈{0,1}n(−1)x.y|y⟩.

12n(∑x,y={0,1}n(−1)f(x)⊕x.y|y⟩)|−⟩.

f(x)=u.x=x.u(−1)f(x)⊕x.y=(−1)x.(u⊕y)x∑x(−1)x.(u⊕y)=0,∀u⊕y≠0u⊕y=0u=y|u⟩|−⟩u

|+⟩⊗n|u⟩

重要なのは、重ね合わせを使用すると、古典的な場合のように各キュービットを個別にチェックする必要がなく、同時にすべてのキュービットに対してこれを実行できることです。

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