Уникальная формула и алгоритм в квантовых вычислениях. Открытие новой парадигмы - страница 3

Переменная $n$ оказывает влияние на различные аспекты формулы $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $, включая размерность входных данных $\boldsymbol {x} $, размерность наборов параметров $\boldsymbol {\theta} $ и $\boldsymbol {p} $, а также на размерность состояния системы кубитов.

Пример:

Если у нас есть система из 4 кубитов, то переменная $n$ будет равна 4. Это означает, что формула $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $ будет применяться к системе из 4 кубитов, и каждый кубит будет иметь свое состояние и вклад в общий результат.

Переменная $n$ в формуле $\mathcal {F} (\boldsymbol {x}, \boldsymbol {\theta}) $ определяет размер и характеристики системы кубитов, на которую применяется операция. Вводя переменную $n$, мы имеем возможность адаптировать формулу к разным системам с разными количествами кубитов и реализовывать различные квантовые алгоритмы и задачи.

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

Оператор Адамара $H^ {n} $ является одним из основных операторов в квантовой информатике и применяется к системе из $n$ кубитов. Он приводит каждый кубит в равновероятное суперпозиционное состояние.

Определение оператора Адамара для системы из $n$ кубитов:

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

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.

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 $|1\rangle$.