捌拾叁- 量子傅里叶变换

news2025/5/10 14:19:14

1. 前言

最近公司地震,现在稍微有点时间继续学习。

看了几个算法,都说是基于 量子傅里叶变换 ,好,就是他了 Quantum Fourier。

2. 傅里叶变换

大学是学通信的,对于傅里叶变换还是有所理解的。其实就是基于一个 时域 的函数,变换为一个基于 频域 的函数。

例如:

一篇彻底搞懂傅里叶变换及其背后原理

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一般我们看到的都是时域的数据,例如

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这种,随时间的变化,v (速度) 的变化,这个变化对应的频率是怎样呢?通过傅里叶变换,就可以得出频率的变化。

3. 离散傅里叶变换

离散傅里叶变换 (Discrete Fourier Transform, DFT).

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还有,任何傅里叶变换都是可以相互变换的,从时域变为频域后,也能从频域变成时域。

离散傅里叶变换也一样

推导过程可以上网找,反正我也理解不了,接受就是了

(不过其实这也是一个人造的公式,符合使用,能拓展,自洽,其实就行了)

4. 公式推导

我看夸父的教程我看不懂,中间跳了好多东西,于是一直上网搜

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其中,∣x⟩ 是输入态,∣k⟩ 是输出态

这个网页有一个 Gif 的展示!

然后就是把 N 个量子比特 组成的整体系统,组成为一个 输入态

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5. 突然又感觉看不懂了,重新来

我们还是看回夸父的推导公式:

∣j⟩ 是输入态,∣k⟩ 是输出态

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首先我们的起点是:

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他喵的第二步我就看不懂了

为什么一个 连加 可以变成 N 个连加

思来想去后,右边可以展开为 :

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但上面这个是错的!!!!!

因为 |𝑘⟩ 这个东西是代表一个概率矩阵,应该这样看

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其中 𝑘0 的意思其实是右边的 |𝑘⟩ 里面代表当 k=0 的时候的概率,同理延续下去

这个时候换基,把原本的 |𝑘⟩ 换为二进制 (如上述第4点的最后来换)

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注意上面 红色箭头蓝色箭头 ,代表的是这个 二进制 如何转化为 十进制 ,对应的 十进制 就是原等式那个数值

例如,十进制 是 0 的,二进制就是 …00000

十进制 是 1 的,二进制就是 …00001

以3位比特为例:

十进制二进制
0000
1001
2010
3011
4100
5101
6110
7111

上面的 K 意义是下面

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x 的意思是,换位二进制之后,第几位

y 的意思是,这个位数的概率是多少

注意 Kk 的二进制表示,大小写区分的! (跟原推导公式不一致)

此刻我们再改一下写法

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其实就是因为在指数项的相加是等于整体的相乘

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其中把二进制第 0 位 ( 即二进制最右边那位提取出来 ),也即 K0

还是以3位比特为例

十进制二进制 (左边两个比特)第0位比特
0000
2010
4100
6110
1001
3011
5101
7111

回到上面的公式

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把那个2的指数改一下

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原公式化为

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问了一下 智谱 的 大模型,可以写成

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变成了最终

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6. 然后发现

好像还有问题…为什么…

跟量子电路没关系呢?

下周继续看,快疯了

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