Есть ли объяснение непрофессионала, почему работает алгоритм Гровера?


27

Этот пост от Скотта Ааронсона - очень полезное и простое объяснение алгоритма Шора .

Мне интересно, есть ли такое объяснение для второго наиболее известного квантового алгоритма: алгоритм Гровера для поиска в неупорядоченной базе данных размера в O ( √O(n)времяO(n)

В частности, я хотел бы видеть некоторую понятную интуицию для первоначально удивительного результата времени выполнения!

Ответы:


20

Существует хорошее объяснение Крейг Gidney здесь (он также имеет другое большое содержание, в том числе схемы симулятора, на своем блоге ).

По сути, алгоритм Гровера применяется, когда у вас есть функция, которая возвращает Trueодин из возможных входов и Falseвсе остальные. Задача алгоритма - найти тот, который возвращает True.

Для этого мы выражаем входные данные как битовые строки и кодируем их, используя |0⟩ и |1⟩ состояния строки кубитов. Таким образом, битовая строка 0011будет закодирована в четырехбитном состоянии |0011⟩ , например.

Нам также нужно уметь реализовать функцию с помощью квантовых вентилей. В частности, нам нужно найти последовательность вентилей, которая будет реализовывать унитарный U такой, что

U|a⟩=−|a⟩,U|b⟩=|b⟩

aTruebFalse

12nnU−12n

D

bj

D:∑jαj|bj⟩↦∑j(2μ−αj)|bj⟩

μ=∑jαjμ+δμ−δ

−12n

12n

Конечно, все это говорит о том, что вся работа выполняется оператором диффузии. Поиск - это просто приложение, к которому мы можем подключиться.

См. Ответы на другие вопросы для получения подробной информации о том, как реализованы функции и оператор диффузии .


4

Я нахожу графический подход вполне подходящим для того, чтобы дать некоторое представление, не становясь слишком техническим. Нам нужны некоторые входные данные:

  • |ψ⟩|x⟩⟨x|ψ⟩≠0
  • U1=−(I−2|ψ⟩⟨ψ|)
  • U2=I−2|x⟩⟨x|

|ψ⊥⟩|x⟩{|x⟩,|ψ⊥⟩}{|x⟩,|ψ⟩}{|x⟩,|ψ⊥⟩}и они возвращают состояние в промежутке. Более того, оба являются унитарными, поэтому длина входного вектора сохраняется.

|ψ⊥⟩|x⟩введите описание изображения здесь

|ψ⟩|x⟩|ψ⊥⟩|ψ⟩|ψ⟩|ψ⊥⟩θвведите описание изображения здесь

U1|ψ⟩U2|ψ⊥⟩введите описание изображения здесь

U2U12θ|x⟩введите описание изображения здесь

|ψ⟩θ|x⟩x

|x⟩|ψ⟩p≪1O(1/p)p=sin⁡θ≈θθrsin⁡((2r+1)θ)≈1r≈π2θ≈π2p


Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.