PROSAGA码农传奇-量子门电路-黑匣子量子电路背后的原理是什么？

黑匣子量子电路背后的原理是什么？

作者: 春风助手
发布时间: 2025-04-10 03:14:59 (1天前)

我已经阅读了一些有关量子计算机和量子电路的材料。一定数量的已知算法（西蒙算法，周期发现算法，格罗弗算法等）具有以下形式：

假设我有一个未知的经典函数f：{0,1} ^ n-> {0，1} ^ m满足一定数量的语句。我可以将（未知）量子电路U_f与其关联，并插入| 0 .. 0>输入状态。现在让我们定义电路X并表明，将其附加到U_f时，可以测量全局输出以提取有关f的某些信息。

等一下…与经典电路有什么关系？一个经典的问题将涉及满足某些属性的未知输入，该输入表示来自外部的状态（用户操作，文件系统，数据库，服务器等）。如果此状态是由另一个电路/算法生成的，则该逻辑之前适用于输入。最后，我们不是要推理未知的电路，而是要推理未知的输入。电路（算法/功能）是已知/选择的组件。

在这里，我意识到通用名称“电路”在某种程度上具有误导性。在古典世界中，门的输入可以视为与输出共存的值。但是量子门似乎需要时间上的解释：输入和输出代表相同量子位的时间演化。

现在，这并不能真正解释您如何将给定的先验未知经典输入位（我相信您的键盘将来会继续产生，除非薛定ding的猫坐在它上面）转换成“黑匣子量子电路”。将| 0…0>转换为要反转的内容。例如，对于对应于函数f：{0，1} ^ n-> {0，1}的量子电路，格罗弗的算法提出了一种确定单个输入的有效方法，该函数对单个未知输入产生1。真好！但是，首先如何以及为什么必须从这样的电路开始呢？

实际上，“未知功能黑匣子”只是检查其输入是否满足某些标准或解决问题的电路。

这很有用，因为制作电路来检测解决方案比实际找到解决方案容易。然后，Grover算法将我们的检测器电路扩展为求解器电路：

格罗弗搜索https://i.stack.imgur.com/ohl5q.png

格罗弗（Grover）算法的经典等效项是这样的暴力搜索功能：

def bruteForceSearch(min, max, predicate):
    for i in min..max:
        if predicate(i):
            return i
    return none

您可以这样使用它：

let mersennePrimeWithFiveDigitExponent = bruteForceSearch(
     10000,
     99999,
     i => isMersennePrime(2**i - 1))

请注意，蛮力搜索如何将我们如何识别事物的知识转变为寻找事物的机制。Grover的算法执行相同的操作，但是平方速度更快，并且需要注意的是必须将识别器实现为可逆电路。