<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">jqis</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Journal of Quantum Information Science</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2162-576X</issn>
      <issn pub-type="ppub">2162-5751</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161004</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jqis-150117</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Quantum Algorithm for Solving Tautology and Satisfiability Problems</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Mitra</surname>
            <given-names>Amrita</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Independent Researcher, Bangalore, India </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The author declares no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>02</day>
        <month>03</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>03</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>16</volume>
      <issue>01</issue>
      <fpage>120</fpage>
      <lpage>131</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>16</day>
          <month>11</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>10</day>
          <month>03</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>13</day>
          <month>03</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161004">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161004</self-uri>
      <abstract>
        <p>This paper proposes a quantum algorithm for solving the tautology and the satisfiability problems for a Boolean formula. Let’s say we are given a Boolean formula. The variables of the Boolean formula can take only two values—TRUE or FALSE. The tautology problem asks whether the Boolean formula always evaluates to TRUE for all values of its Boolean variables. The satisfiability problem asks whether the Boolean formula can evaluate to TRUE for at least one set of values of its Boolean variables. This paper proposes that both problems can be solved using the proposed quantum algorithm. The tautology problem is known to be co-NP-complete. The satisfiability problem is known to be NP-complete.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Quantum Algorithm</kwd>
        <kwd>Tautology Problem</kwd>
        <kwd>Satisfiability Problem</kwd>
        <kwd>NP-Completeness</kwd>
        <kwd>Co-NP-Completeness</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Let’s say we are given a Boolean formula with <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> number of Boolean variables—<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Each of these <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> variables can take two possible values: TRUE or FALSE. Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> variables can take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> different values in total. If the Boolean formula is a tautology, then the Boolean formula will always evaluate to TRUE, regardless of the values of the variables.</p>
      <p>The tautology problem is co-NP-complete [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. As we know, a problem is in co-NP if its complement is in NP. For example, the complement of the tautology problem asks whether the Boolean formula evaluates to TRUE for at least one combination of values of the Boolean variables. Please note that this is the same problem as the satisfiability problem.</p>
      <p>The satisfiability problem is in NP. If the variables of the Boolean formula are assigned Boolean values, we can verify in polynomial time whether the Boolean formula evaluates to TRUE.</p>
      <p>Moreover, the satisfiability problem is known to be NP-complete. As the satisfiability problem is the complement of the tautology problem, the tautology problem is a co-NP-complete problem.</p>
      <p>A qubit does not always take the values 0 or 1. It can take any values of the form <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> β </mml:mi></mml:math></inline-formula> are two complex numbers and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We can leverage this to solve the tautology and the satisfiability problem using a quantum algorithm.</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. The Proposed Quantum Algorithm</title>
      <p>Let’s say <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a Boolean formula consisting of <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> input variables. The input variables are Boolean and can take the values TRUE or FALSE. Depending on these <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> Boolean variables, <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> can evaluate to any value, TRUE or FALSE.</p>
      <p>Let’s also assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a function. The <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> input Boolean variables of the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent the <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> Boolean variables of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . And the output of <inline-formula><mml:math><mml:mi> f </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the output of the Boolean formula <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>In other words, let’s say <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> input variables of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the value that the Boolean formula <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> evaluates for the same set of values of its Boolean variables. Let’s also assume that the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be implemented as an oracle.</p>
      <p>Therefore, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a tautology, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> always evaluates to 1. If <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not satisfiable, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> always evaluates to 0. In all other cases, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> → </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> evaluates to 1 for at least one set of values of the input variables, then <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is satisfiable.</p>
      <p>For our purpose, we can use the quantum circuit as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref>. The first <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> qubits are initialized to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ⊗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the last qubit is initialized to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>We can apply the Hadamard gate on the first <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> qubits. As a result, after applying the Hadamard gate, we will obtain the following state:</p>
      <disp-formula id="FD1">
        <label>(1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Now, we can apply the oracle [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> f </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that implements the function <inline-formula><mml:math><mml:mi> f </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, if we query the oracle, we obtain the following state:</p>
      <disp-formula id="FD2">
        <label>(2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1300513-rId92.jpeg?20260313112855" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1</bold><bold>.</bold> Quantum circuit implementing the proposed quantum algorithm.</p>
      <p>For example, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we will get the following state:</p>
      <disp-formula id="FD3">
        <label>(3)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:munderover>
                  <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                    <mml:mo>∑</mml:mo>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:munderover>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>00</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>00</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>01</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>01</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>10</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>10</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>11</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>11</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>At this point, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a tautology, we will get the following state:</p>
      <disp-formula id="FD4">
        <label>(4)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>001</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>011</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>101</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>111</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>If <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not satisfiable, we will get the following state:</p>
      <disp-formula id="FD5">
        <label>(5)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>000</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>010</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>100</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>110</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>However, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is satisfiable, it can be in any other state, like the following, for example:</p>
      <disp-formula id="FD6">
        <label>(6)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>000</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>011</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>100</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>110</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> qubits of the quantum state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> now passes through the quantum gate G. We will use the unitary matrix <italic>M</italic> to implement G. The construction of the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> unitary matrix <italic>M</italic> is explained in Section 3.</p>
      <p>The output of G is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> qubit. The measurements of the output qubits specify whether <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is satisfiable, unsatisfiable, or a tautology.</p>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>
        3. Construction of the Unitary Matrix
        <italic>M</italic>
      </title>
      <p>The quantum gate G is implemented using the unitary matrix <italic>M</italic>. <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of Boolean variables of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let’s consider the quantum state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <disp-formula id="FD7">
        <label>(7)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Please note that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> qubits. <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot be non-zero simultaneously, as the output of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for a specific <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> cannot be both 0 and 1. For example, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mtext></mml:mtext><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext></mml:mtext><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 00 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then the coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 000 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 001 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 0.</p>
      <p>Let’s say the output of the quantum gate G is the following:</p>
      <disp-formula id="FD8">
        <label>(8)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, we can write the following:</p>
      <disp-formula id="FD9">
        <label>(9)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>M</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>In our case, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> unitary matrix. Let’s say <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the following block matrix:</p>
      <disp-formula id="FD10">
        <label>(10)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>M</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a unitary and real matrix, we can write the following:</p>
      <disp-formula id="FD11">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>M</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mtext>T</mml:mtext>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD12">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD13">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD14">
        <label>(11)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We will consider the following initial value for <italic>A</italic>:</p>
      <disp-formula id="FD15">
        <label>(12)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We observe that</p>
      <disp-formula id="FD16">
        <label>(13)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>×</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We can now put the value of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and construct <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as follows:</p>
      <disp-formula id="FD17">
        <label>(14)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We can now set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and calculate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Similarly, we can continue to construct the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> matrix <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> M </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We will discuss the time complexity of constructing matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> in Section 5.</p>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>
        4. Some Properties of the Matrix
        <italic>M</italic>
      </title>
      <p><bold>Property 1: The first and second rows of</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>will always contain</bold><bold>0</bold><bold>and</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>alternately.</bold></p>
      <p>We can use mathematical induction to prove this. </p>
      <disp-formula id="FD18">
        <label>(15)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contains 0 and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> alternately in the first and second rows. Therefore, the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let’s say the property holds for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We will prove that the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <disp-formula id="FD19">
        <label>(16)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD20">
        <label>(17)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As per our assumption, the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . As the number of rows of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is more than 2, the first and second rows of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will contain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> × </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and 0 alternately. Hence, the property holds for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><bold>Property 2: Each row</bold><inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula><bold>of</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>, for</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>, contains</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>and</bold><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula><bold>alternately as non-zero elements.</bold></p>
      <p>We can use mathematical induction to prove this.</p>
      <disp-formula id="FD21">
        <label>(18)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Each row <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contains <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> alternately as non-zero elements. Therefore, the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Let’s say the property holds for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We will prove that the property also holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <disp-formula id="FD22">
        <label>(19)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD23">
        <label>(20)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it will hold for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . And the non-zero elements of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> × </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> alternately. Therefore, the property holds for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, the property holds for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><bold>Property 3: The matrix</bold><italic><bold>M</bold></italic><bold>is unitary.</bold></p>
      <p><italic>M</italic> is constructed recursively from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, the following holds:</p>
      <disp-formula id="FD24">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD25">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD26">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD27">
        <mml:math>
          <mml:mo>⋮</mml:mo>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD28">
        <label>(21)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We can use mathematical induction to prove that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an involutory [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] matrix for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <disp-formula id="FD29">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD30">
        <label>(22)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mtext>T</mml:mtext>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a symmetric matrix, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mtext> T </mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, </p>
      <disp-formula id="FD31">
        <label>(23)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mtext>T</mml:mtext>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an involutory matrix for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let’s assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an involutory matrix for all <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <disp-formula id="FD32">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD33">
        <label>(24)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>∴</mml:mo>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mtext>T</mml:mtext>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As per our assumption, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is involutory.</p>
      <disp-formula id="FD34">
        <label>(25)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>I</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>I</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an involutory matrix for all <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>As <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we can write the following:</p>
      <disp-formula id="FD35">
        <label>(26)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>M</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>M</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mtext>T</mml:mtext>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>T</mml:mtext>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                          <mml:mtd>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>A</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>A</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mi>I</mml:mi>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mi>I</mml:mi>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo> ⋮ </mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo> ⋮ </mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a unitary matrix.</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Output of the Quantum Gate G</title>
      <p>As discussed in Section 3,</p>
      <disp-formula id="FD36">
        <label>(27)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>And the output of the quantum gate G is the following:</p>
      <disp-formula id="FD37">
        <label>(28)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, we can write the following:</p>
      <disp-formula id="FD38">
        <label>(29)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>M</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As discussed in Section 4, the first two rows of <italic>M</italic> alternate between 0 and 1. Therefore, we can write the following:</p>
      <disp-formula id="FD39">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mtable>
                                  <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                      <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:mtd>
                                    <mml:mtd>
                                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                  </mml:mtr>
                                </mml:mtable>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mtable>
                                  <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mtd>
                                    <mml:mtd>
                                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                  </mml:mtr>
                                </mml:mtable>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mo>⋮</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mo>⋮</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD40">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD41">
        <label>(30)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The input of the quantum gate G is the following:</p>
      <disp-formula id="FD42">
        <label>(31)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The first <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> qubits of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> specify the input of the given Boolean function and the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> th qubit of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the output of the Boolean function. Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot be 1 together for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>If the given Boolean function is a tautology, the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> th qubit of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is always 1. Therefore, in that case, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are zeros and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all ones.</p>
      <disp-formula id="FD43">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>…</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD44">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>…</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD45">
        <label>(32)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>i</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Please note that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as per Property 2. Therefore, the output of the quantum gate G, in that case, will be the following:</p>
      <disp-formula id="FD46">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mo>⋮</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Similarly, if the given Boolean function is not satisfiable, the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> th qubit of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is always 0. Therefore, in that case, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all ones and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> … </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all zeros. Therefore, in that case,</p>
      <disp-formula id="FD47">
        <label>(33)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD48">
        <label>(34)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD49">
        <label>(35)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>i</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, the output of the quantum gate G, in that case, will be the following:</p>
      <disp-formula id="FD50">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mo>⋮</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>In all other cases, the output of the quantum gate G will be different from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 00 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 01 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The Boolean function, in that case, is satisfiable. We can detect that by measuring the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> output qubits. </p>
      <p>If we repeat the experiment, the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> output qubits, in that case, will collapse to different values each time. The <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> output qubits, in that case, will not be <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 00 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 01 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>
        6. Time Complexity for Constructing
        <italic>M</italic>
      </title>
      <p><italic>M</italic> is constructed recursively from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <disp-formula id="FD51">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD52">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD53">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD54">
        <mml:math>
          <mml:mo>⋮</mml:mo>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD55">
        <label>(36)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtable>
                              <mml:mtr>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mtd>
                                <mml:mtd>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mtable>
                                      <mml:mtr>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mtd>
                                        <mml:mtd>
                                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                        </mml:mtd>
                                      </mml:mtr>
                                    </mml:mtable>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mtd>
                              </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mo>⋮</mml:mo>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>×</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>In the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mtext> th </mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> iteration, we compute <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, we need <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> iterations to compute <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of variables of the Boolean function <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
    </sec>
    <sec id="sec7">
      <title>7. Discussion on a Specific Corner Case</title>
      <p>Let’s consider a scenario where the Boolean function has <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> variables. And it evaluates to 1 in only one specific assignment of Boolean values to the set of <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> variables.</p>
      <disp-formula id="FD56">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD57">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ψ</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD58">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>M</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mo>⋮</mml:mo>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD59">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>∴</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mi>N</mml:mi>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD60">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mi>N</mml:mi>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD61">
        <label>(37)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mi>N</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>i</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>As discussed earlier, if the given Boolean function is not satisfiable, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all ones and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all zeros. Therefore, in that case,</p>
      <disp-formula id="FD62">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>5</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD63">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mo>⋯</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD64">
        <label>(38)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>i</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, the probability of incorrectly getting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 00 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 01 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> instead of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 00 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 00 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is significantly high.</p>
      <p>To address this problem, we can use Unambiguous State Discrimination [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
      <p>Let’s say the Boolean formula evaluates to 1 for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cases and to 0 in one case. Let’s also assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a state that indicates a tautology and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the state that we derive. We need to unambiguously distinguish between these two non-orthogonal states.</p>
      <p>Let’s assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be three operators such that if we get the outcome <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we will be certain that the state was <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If we get the outcome <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we will be certain that the state was <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The outcome <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> means that the result is inconclusive.</p>
      <p>In other words, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must never trigger for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must never trigger for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . And, the following holds:</p>
      <disp-formula id="FD65">
        <label>(39)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ⊥ </mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ⊥ </mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the states orthogonal to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ψ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , respectively. Therefore, we can construct <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the following way:</p>
      <disp-formula id="FD66">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD67">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD68">
        <label>(40)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>We choose <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> in such a way that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is minimized. We choose the following value for <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
      <disp-formula id="FD69">
        <label>(41)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>〈</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Let’s look at an example. Let’s say the Boolean formula has two variables. It evaluates to 1 for 3 cases and to 0 in one case. The output state we obtain in this case is the following:</p>
      <disp-formula id="FD70">
        <label>(42)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>0.75</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>0.25</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>0.25</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.25</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>0.25</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.25</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>0.25</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>0.25</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>If the Boolean formula was a tautology, we would have obtained the following state:</p>
      <disp-formula id="FD71">
        <label>(43)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtable>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                          <mml:mtr>
                            <mml:mtd>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:mtd>
                          </mml:mtr>
                        </mml:mtable>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> , in our case, will be:</p>
      <disp-formula id="FD72">
        <label>(44)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>〈</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1.75</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0.57</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, the probability of getting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will be the following:</p>
      <disp-formula id="FD73">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>a</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD74">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊥</mml:mo>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD75">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>I</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD76">
        <label>(45)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>P</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>failure</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0.75</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p><bold>Table 1</bold> shows the probability of failures for different numbers of Boolean variables.</p>
      <p><bold>Table 1</bold><bold>.</bold> Probability of failures.</p>
      <table-wrap id="tbl1">
        <label>Table 1</label>
        <table>
          <tbody>
            <tr>
              <td>Number of Boolean variables</td>
              <td>Probability of failure</td>
              <td>
                Minimum number of times the experiment should be repeated (
                <italic>k</italic>
                = a positive constant)
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>2</td>
              <td>0.75</td>
              <td>100</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>3</td>
              <td>0.875</td>
              <td>100</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>4</td>
              <td>0.9375</td>
              <td>100</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>5</td>
              <td>0.96875</td>
              <td>100</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>6</td>
              <td>0.9843</td>
              <td>
                100 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>7</td>
              <td>0.9921</td>
              <td>
                100 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>8</td>
              <td>0.9960</td>
              <td>
                100 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>9</td>
              <td>0.9980</td>
              <td>
                100 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>10</td>
              <td>0.9990</td>
              <td>
                1000 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>11</td>
              <td>0.99951</td>
              <td>
                1000 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>12</td>
              <td>0.99975</td>
              <td>
                1000 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>13</td>
              <td>0.999877</td>
              <td>
                1000 ×
                <italic>k</italic>
              </td>
            </tr>
          </tbody>
        </table>
      </table-wrap>
      <p>Therefore, we will get an inconclusive result 75% of the time, in which case we need to repeat the experiment. If the number of Boolean variables is 10, then the probability of getting an inconclusive result becomes 0.9990. In that case, if we repeat the experiment, for example, 1000 or 2000 times, in the worst case, we can correctly determine whether the Boolean formula is a tautology, satisfiable, or unsatisfiable.</p>
      <p>Hence, if we repeat the experiment the required number of times, the proposed quantum algorithm can correctly predict whether the Boolean formula is a tautology, satisfiable, or unsatisfiable.</p>
    </sec>
    <sec id="sec8">
      <title>8. Time Complexity of The Proposed Quantum Algorithm</title>
      <p>The value of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> N </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is constant for a given value of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of Boolean variables in <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℱ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, once <italic>M</italic> is constructed for a specific <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we can use the same value of <italic>M</italic> for all Boolean functions with <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> variables.</p>
      <p>The proposed quantum algorithm must be run a constant number of times to test whether the corresponding qubits are consistently <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 00 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 00 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If no, then the Boolean formula is satisfiable. If yes, then we need to repeat this experiment as described in Section 7.</p>
      <p>Therefore, once we construct <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we can correctly determine whether the given Boolean function is a tautology, satisfiable, or non-satisfiable. And, construction <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> takes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> time where <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of Boolean variables in the given Boolean function.</p>
    </sec>
    <sec id="sec9">
      <title>9. Conclusion</title>
      <p>This paper proposes a quantum algorithm to solve the tautology and the satisfiability problems. In a classical computer, we may need to evaluate all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> assignments on <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> Boolean variables in the worst case. As a result, these problems can take <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> time for <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> Boolean variables. However, the proposed quantum algorithm shows significant improvement, as the stated problem can be solved in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> time, in most cases, once<italic>M</italic> is constructed. Only when we get the result <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 000 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 000 </mml:mn><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we need to repeat the experiment as mentioned in the paper. Constructing M takes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> time, where <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of Boolean variables of the given Boolean function.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Goldreich, O. (2010) P, NP, and NP-Completeness: The Basics of Computational Complexity. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511761355 <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511761355</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9780511761355">https://doi.org/10.1017/CBO9780511761355</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Goldreich, O.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>P, NP, and NP-Completeness: The Basics of Computational Complexity</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511761355</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Nielsen, M.A. and Chuang, I.L. (2010) Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition. Cambridge University Press.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Nielsen, M.A.</string-name>
              <string-name>Chuang, I.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition</article-title>
            <fpage>10</fpage>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Horn, R.A. and Johnson, C.R. (2012) Matrix Analysis. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9781139020411 <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9781139020411</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9781139020411">https://doi.org/10.1017/CBO9781139020411</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Horn, R.A.</string-name>
              <string-name>Johnson, C.R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>Matrix Analysis</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9781139020411</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Paris, M. and Rehacek, J. (2004) Quantum State Estimation. Springer Science &amp; Business Media. https://doi.org/10.1007/b98673 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/b98673</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/b98673">https://doi.org/10.1007/b98673</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Paris, M.</string-name>
              <string-name>Rehacek, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>Quantum State Estimation</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/b98673</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="web">(2025) POVM. https://en.wikipedia.org/wiki/POVM</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="web">
            <year>2025</year>
            <article-title>POVM</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>