Уникальная формула и алгоритм в квантовых вычислениях. Открытие новой парадигмы

$$H^ {n} = \frac {1} {\sqrt {2^ {n}}} \sum_ {\boldsymbol {y}} (-1) ^ {\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y}} |\boldsymbol {y} \rangle,$$

где:

– $\boldsymbol {y} $ – битовые строки длины $n$

– $\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y} $ – скалярное произведение битовых строк $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {y} $

– $|\boldsymbol {y} \rangle$ – состояние кубитов, соответствующее битовой строке $\boldsymbol {y} $

Оператор Адамара применяется ко всем кубитам в системе и выполняет следующие действия:

– Каждый кубит переходит в состояние $\frac {1} {\sqrt {2}} (|0\rangle + |1\rangle) $

– Входные данные $\boldsymbol {x} $ используются в операции сложения по модулю 2, чтобы определить, будет ли на кубите выполняться операция инверсии (смены знака)

Оператор Адамара $H^ {n} $ является важной частью формулы $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $. Он создает начальное состояние системы кубитов и подготавливает их для последующих операций в формуле.

Оператор Адамара $H^ {n} $ для системы из $n$ кубитов

Определение оператора Адамара ($H^ {n} $) для системы из $n$ кубитов в формуле $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $:

Оператор Адамара $H^ {n} $ применяется ко всем $n$ кубитам в системе и приводит каждый кубит в равновероятное суперпозиционное состояние.

Математически, оператор Адамара для системы из $n$ кубитов ($H^ {n} $) задается следующим выражением:

$$H^ {n} = \frac {1} {\sqrt {2^n}} \sum_ {\boldsymbol {y}} (-1) ^ {\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y}} |\boldsymbol {y} \rangle,$$

где:

– $\boldsymbol {y} $ – битовые строки длины $n$.

– $\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y} $ – скалярное произведение битовых строк $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {y} $.

– $|\boldsymbol {y} \rangle$ – состояние кубитов, соответствующее битовой строке $\boldsymbol {y} $.

Оператор Адамара $H^ {n} $ применяется к каждому кубиту в системе и приводит его в равновероятное суперпозиционное состояние $\frac {1} {\sqrt {2}} (|0\rangle + |1\rangle) $. Это значит, что каждый кубит имеет вероятность 1/2 быть измеренным в состоянии $|0\rangle$ и вероятность 1/2 быть измеренным в состоянии $|1\rangle$.

Оператор Адамара является важным элементом формулы $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $ и используется для преобразования состояний кубитов в начальной и конечной стадиях формулы. Он создает начальное состояние системы кубитов и играет важную роль в обработке и манипуляции с квантовой информацией.

Описание оператора Адамара в виде суммы последовательностей битовых строк

Оператор Адамара ($H^ {n} $) для системы из $n$ кубитов можно также представить в виде суммы последовательностей битовых строк.

Математически, оператор Адамара $H^ {n} $ может быть записан следующим образом:

$$H^ {n} = \frac {1} {\sqrt {2^ {n}}} \sum_ {\boldsymbol {y}} (-1) ^ {\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y}} |\boldsymbol {y} \rangle,$$

где:

– $\boldsymbol {y} $ – битовые строки длины $n$.

– $\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y} $ – скалярное произведение битовых строк $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {y} $.

– $|\boldsymbol {y} \rangle$ – состояние кубитов, соответствующее битовой строке $\boldsymbol {y} $.

Оператор Адамара выражается в виде суммы последовательностей битовых строк и может быть представлен следующим образом:

$$H^ {n} = \frac {1} {\sqrt {2^n}} \sum_ {\boldsymbol {y}} (-1) ^ {\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y}} |\boldsymbol {y} \rangle,$$

где каждая битовая строка $\boldsymbol {y} $ пробегает все возможные комбинации подходящего размера $n$. Значение $ (-1) ^ {\boldsymbol {x} \cdot \boldsymbol {y}} $ вносит фазовый фактор в каждый элемент суперпозиции.

Оператор Адамара $H^ {n} $ применяется к каждому кубиту в системе, преобразуя его в состояние с равными вероятностями $|0\rangle$ и $|1\rangle$. Это обеспечивает создание равновероятных суперпозиций в системе из $n$ кубитов.

Определение операции сложения по модулю 2

Определение операции сложения по модулю 2 в формуле $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $:

Операция сложения по модулю 2 $ (\boldsymbol {x} + \boldsymbol {p}) \bmod 2$ выполняется побитово для каждого бита входного вектора $\boldsymbol {x} $ и соответствующего ему бита вектора $\boldsymbol {p} $. Результат этой операции используется для изменения состояния каждого кубита в системе.

Входные данные $\boldsymbol {x} $ представлены в виде битовой последовательности, где каждый бит принимает значение 0 или 1. Вектор $\boldsymbol {p} $ также представляет собой битовую последовательность той же длины.

Операция сложения по модулю 2 выполняется следующим образом:

– Если соответствующие биты векторов $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {p} $ имеют одно и то же значение (ноль или единицу), то результатом сложения будет ноль.

– Если соответствующие биты имеют разные значения, то результатом будет единица.

Операция сложения по модулю 2 $ (\boldsymbol {x} + \boldsymbol {p}) \bmod 2$ «складывает» каждый бит входного вектора $\boldsymbol {x} $ с соответствующим битом вектора $\boldsymbol {p} $ и возвращает результат в виде нового вектора. Результат этой операции используется для изменения состояния каждого кубита в системе перед повторным применением оператора Адамара.

Операция сложения по модулю 2 ($\bmod 2$) для битовой последовательности

Операция сложения по модулю 2 ($\bmod 2$) для битовой последовательности является операцией, где биты двух последовательностей складываются побитово и результат возвращается в виде новой последовательности.

Для каждого бита входной битовой последовательности, выполняется сложение с соответствующим битом другой битовой последовательности. Результатом сложения будет бит, который будет равен 0, если сумма битов равна четному числу, и 1, если сумма битов равна нечетному числу.

Например, для двух битовых последовательностей $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {p} $ длины $n$, операция сложения по модулю 2 выполняется следующим образом:

$ (\boldsymbol {x} + \boldsymbol {p}) \bmod 2 = (x_1 + p_1) \bmod 2, (x_2 + p_2) \bmod 2, …, (x_n + p_n) \bmod 2$.

Каждый бит результирующей последовательности $ (\boldsymbol {x} + \boldsymbol {p}) \bmod 2$ будет равен 0 или 1 в зависимости от суммы соответствующих битов входных последовательностей $\boldsymbol {x} $ и $\boldsymbol {p} $.

Описание операции $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $

Применение оператора Адамара ($H^ {n} $)

Оператор Адамара $H^ {n} $ применяется ко всем кубитам в системе и выполняет следующие действия:

1. Каждый кубит приводится в состояние суперпозиции, где вероятности нахождения в состоянии $|0\rangle$ и $|1\rangle$ равны.