对 |0001> 应用 Hadamard 门的演算过程

分别对 |01> 、|001>、|0001> 应用 Hadamard 门,逐个计算。

1. 对 的每个 qubit 作用 H 门

作用 H:

所以:

写成计算基顺序:

也可以写作符号形式:

对应到符号

2. 对 |001\rangle∣001⟩ 的每个 qubit 作用 H 门

作用 H:

乘积:

提取系数 (​,展开时每个项的形式为 ,符号由最后一位的正负决定:

  • 第三 qubit 原来是 ,作用 H 后得到 ,所以符号因子是 ​,这里 ​ 是第三 qubit 在计算基展开后的值(0 或 1)。

  • 其实更直接:第 3 个 qubit 的 H|1⟩ 贡献一个符号 ,如果 是第三 qubit 在计算基中的值。

展开结果:

一共有 项,每一项的振幅是 ​,符号是 ,其中 是原来第三个 qubit 对应的 bit 值,但现在要注意原来整个态是 ,即 (0,0,1),这只是一个 basis state。更系统的办法是直接用公式:

一般公式:

这里 x = (0,0,1) ,

所以:

也就是所有 振幅为 ​,所有 振幅为 ​。

列出:

注意到我们可以写成张量积形式:

因为 , 。


3. 对 |0001\rangle∣0001⟩ 的每个 qubit 作用 H 门

作用 H 到每个 qubit:

所以:

用公式 ,

这里 ,

所以:

即:

一共有 8 个 + 项(),8 个 - 项(),每一项振幅 。


最终答案总结:

  1. (展开形式为:所有最后一位为 0 的基态振幅 ​,最后一位为 1 的基态振幅​)

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