<?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.2026.162009</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jqis-151973</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>Grover’s Model with Single Oracle Call and Log(N) Different Diffusion Calls</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-1461-4719</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Liu</surname>
            <given-names>Ying</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department of Engineering Technology, Savannah State University, Savannah, USA </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>10</day>
        <month>06</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>06</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>16</volume>
      <issue>02</issue>
      <fpage>240</fpage>
      <lpage>251</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>21</day>
          <month>05</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>19</day>
          <month>06</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>22</day>
          <month>06</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.2026.162009">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.162009</self-uri>
      <abstract>
        <p>The author has recently presented the Single-Iteration Quantum Search Algorithm, which achieves amplitude-amplification with exactly one oracle call and one π/4 rotation [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. For <italic>N</italic> = 2<italic><sup>n</sup></italic> search spaces, the algorithm achieves success probability exactly 1/2 with one iteration of oracle operator and one π/4 rotation with log(<italic>N</italic>) different diffusion calls, compared to <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"></mml:math></inline-formula></p>
        <p>N</p>
        <p>) iterations (<italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"></mml:math></inline-formula></p>
        <p>N</p>
        <p>) oracle calls and <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"></mml:math></inline-formula></p>
        <p>N</p>
        <p>) same diffusion calls) for Grover’s algorithm. This work presents a simpler and cleaner derivation for one oracle call and log(<italic>N</italic>) diffusion calls, while the original proof was based on Cartan-Dieudonné theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The standard lower bounds for unstructured quantum search still apply even though the number of oracle calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"></mml:math></inline-formula></p>
        <p>N</p>
        <p>) to <italic>O</italic>(1) and the number of diffusion calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"></mml:math></inline-formula></p>
        <p>N</p>
        <p>) to <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>).</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Quantum Computing</kwd>
        <kwd>Grover’s Algorithm</kwd>
        <kwd>Oracle</kwd>
        <kwd>Amplitude Amplification</kwd>
        <kwd>Quantum Circuits</kwd>
        <kwd>Unitary Matrix</kwd>
        <kwd>Single-Iteration Quantum Search</kwd>
        <kwd>Single-Rotation Quantum Search</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Quantum amplification enables quantum computers to find marked items in unstructured databases quadratically faster than classical computers [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Standard Grover’s algorithm requires <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) iterations [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
      <p>For unstructured search over <italic>N</italic> items with one marked item, a single oracle call, followed by a rotation of π/4 radians can amplify the marked state probability from 1/<italic>N</italic> (initial uniform superposition) to exactly 1/2 (measurement threshold) [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. </p>
      <p>The most important contribution of the Single-Iteration algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] is that the π/4 rotation can be implemented in one iteration using log(<italic>N</italic>) steps. Based on Cartan-Dieudonné theorem, each of the log(<italic>N</italic>) rotations is further implemented by two reflections and finally, one of the two reflections in each iteration can be removed.</p>
      <p>This work presents a simpler and cleaner derivation for the Single-Iteration algorithm with log(<italic>N</italic>) Diffusion operators, without mentioning reflections and Cartan-Dieudonné theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. It is easier to understand the Single-Iteration algorithm in this new approach. </p>
      <sec id="sec1dot1">
        <title>1.1. Prior Work</title>
        <p><bold>Standard Grover</bold><bold>’</bold><bold>s Algorithm</bold>[<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]<bold>:</bold></p>
        <p>Iterations: <italic>K</italic> ≈ <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> π </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Fixed operator (Oracle and Diffusion) applied repeatedlyArithmetic series amplitude growth: <italic>r</italic>(<italic>k</italic>) ≈ 2<italic>k</italic> + 1</p>
        <p><bold>Exponential Speedup Algorithm</bold>[<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]<bold>:</bold></p>
        <p>Iterations: <italic>K</italic> = <italic>n</italic>/2 = (1/2)log₂<italic>N</italic> (for <italic>β</italic> = 2)Iteration-dependent operators <italic>U</italic><sub>0</sub>, <italic>U</italic><sub>1</sub>, ..., <italic>U</italic><italic><sub>K</sub></italic><sub>-1</sub>Geometric series amplitude growth: <italic>r</italic>(<italic>k</italic>) = <italic>β</italic><italic><sup>k</sup></italic></p>
        <p><bold>Single-Iteration/</bold><bold>Single-Rotation Quantum Search:</bold> The author has recently presented the Single-Iteration Quantum Search Algorithm, which achieves amplitude-amplification with exactly one oracle call and one π/4 rotation [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], where the π/4 rotation can be implemented in <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>) steps using a set of different Reflections. For <italic>N</italic> = 2<italic><sup>n</sup></italic> search spaces, the algorithm achieves success probability exactly 1/2 with one iteration of oracle operator and one π/4 rotation implemented by log(<italic>N</italic>) double reflections.</p>
        <p><bold>This Work:</bold>This work presents a simpler and cleaner derivation for π/4 rotation with log(<italic>N</italic>) diffusion operators, without mentioning reflections and Cartan-Dieudonné theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. </p>
      </sec>
      <sec id="sec1dot2">
        <title>1.2. Notation</title>
        <p>Throughout this paper:</p>
        <p><italic>n</italic> Number of qubits<italic>N</italic> = 2<italic><sup>n</sup></italic> Search space size<italic>K</italic> Iteration count<italic>k</italic> Iteration index|<italic>α</italic>⟩ the single marked state|<italic>β</italic>⟩ uniform superposition of <italic>N</italic>-1 unmarked states<italic>a</italic><sub>1</sub> Amplitude of marked state (assumed to be state |<italic>α</italic>⟩)<italic>a</italic><sub>0</sub> Amplitude of each unmarked state<italic>θ</italic> Angle in geometric representation, relative to |<italic>β</italic>⟩Δ<italic>θ</italic> Rotation angle implemented by <italic>U</italic></p>
        <p>Section 1 provides motivation and context. Section 2 introduces preliminaries. Section 3 shows that a single oracle call and log(<italic>N</italic>) different diffusion calls can achieve amplitude-amplification. Section 4 shows that the standard lower bounds for unstructured quantum search still apply. Section 5 makes a few remarks. Section 6 concludes.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Preliminaries</title>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. Rotation</title>
        <p>The diffusion operator acts as a reflection in the <italic>N</italic>-dimensional Hilbert space, which combined with the oracle creates a rotation in the 2D subspace {|<italic>α</italic>⟩, |<italic>β</italic>⟩} [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. In this paper, the amplitude amplification can be achieved by a single oracle call and a set of different diffusion operators.</p>
        <p>The superposition over all 2<italic><sup>n</sup></italic> computational states is given in Equation (1):</p>
        <disp-formula id="FD1">
          <label>(1)</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: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:math>
        </disp-formula>
        <p>The oracle operator is:</p>
        <disp-formula id="FD2">
          <label>(2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Throughout this paper, let the marked state be |1⟩ for convenience of discussion whenever necessary, assumed without loss of generality. The quantum state can be visualized as a vector in a 2-dimensional subspace spanned by the marked state in Equation (3):</p>
        <disp-formula id="FD3">
          <label>(3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and the uniform superposition of unmarked states in Equation (4)</p>
        <disp-formula id="FD4">
          <label>(4)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</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:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </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:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>≠</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </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:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </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:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:munderover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Mathematical form of the Grover diffusion operator is<bold>:</bold></p>
        <disp-formula id="FD5">
          <label>(5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where |<italic>ψ</italic>⟩ is the uniform superposition in Equation (1). Physical realizability requires that only unitary operators can be implemented in quantum hardware.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>
          2.2. Geometric Framework [
          <xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>
          ]
        </title>
        <p>Following reference [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], we work in the 2-dimensional subspace spanned by {|<italic>α</italic>⟩, |<italic>β</italic>⟩}. The marked state is |<italic>α</italic>⟩. The unmarked superposition is given in Equation (4) [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Any state at iteration <italic>k</italic> can be written in Equation (6):</p>
        <disp-formula id="FD6">
          <label>(6)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </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:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <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:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </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:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>≠</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </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:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <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:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <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:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>When <italic>k</italic> = 0,</p>
        <disp-formula id="FD7">
          <label>(7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <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:mi>k</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:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Equation (6) can be written in Equation (8):</p>
        <disp-formula id="FD8">
          <label>(8)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <italic>θ</italic><italic><sub>k</sub></italic> is the angle from the |<italic>β</italic>⟩ axis at iteration, <italic>k</italic>, and the rotation is from |<italic>β</italic>⟩ axis to |<italic>α</italic>⟩ axis. The amplitude of the marked state is given in Equation (9):</p>
        <disp-formula id="FD9">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </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:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The amplitude of uniform superposition of unmarked states is given in Equation (10): </p>
        <disp-formula id="FD10">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </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:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The initial angle (<italic>k</italic> = 0), in the initial superposition in Equation (1), is given in Equation (11): </p>
        <disp-formula id="FD11">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>arcsin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For large <italic>N</italic>,</p>
        <disp-formula id="FD12">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Target angle (<italic>k</italic> = 1), after only one iteration, is given in Equation (12) [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD13">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>π</mml:mi>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The required rotation is given in Equation (13):</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>θ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>π</mml:mi>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>arcsin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot3">
        <title>2.3. Useful Identities</title>
        <p>The oracle operator, <italic>O</italic>, is given in Equation (2),</p>
        <disp-formula id="FD15">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>So,</p>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD17">
          <label>(15)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From Equations (6) and (7),</p>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(16)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <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:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</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:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(17)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</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:mi>I</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>〈</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </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>0</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:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The diffusion operator is defined in Equation (5), </p>
        <disp-formula id="FD20">
          <label>(18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</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:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(19)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</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>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Applying both oracle and diffusion,</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <label>(20)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <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>1</mml:mn>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </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>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>As an approximation, we can drop <italic>O</italic>(1/<italic>N</italic>) term,</p>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(21)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</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:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The total rotation is from 0 to π/4 for large <italic>N</italic>. The initial amplitude of |<italic>α</italic>⟩ in Equation (16) is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Equation (20) and (21) indicate that the amplitude is increased approximately by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For large <italic>N</italic>, using identity, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the rotation angle, after applying the oracle operator and diffusion operator, is increased roughly by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
        <p>For the Grover algorithm, the arithmetic series for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (8) is approximately [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(22)</label>
          <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:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>5</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>As an order of estimate for <italic>K</italic>, after <italic>K</italic> iterations, one has:</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>K</mml:mi>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>π</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <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>
        </disp-formula>
        <p>So Grover’s time complexity is order of </p>
        <disp-formula id="FD26">
          <label>(23)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mi>O</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mi>A</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <italic>K</italic> is the number of iterations to reach π/4, <italic>T</italic><italic><sub>O</sub></italic> is the oracle cost and <italic>T</italic><italic><sub>A</sub></italic> = <italic>O</italic>(<italic>n</italic>) is the diffusion operator cost for amplification. Equation (23) is exponential. </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Single-Iteration Algorithm</title>
      <p>The π/4 rotation will be completed by <italic>K</italic> iterations. The state evolution can be written in Equation (24):</p>
      <disp-formula id="FD27">
        <label>(24)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</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: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: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:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>3</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:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Define a set of Diffusion operators as:</p>
      <disp-formula id="FD28">
        <label>(25)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</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>
      </disp-formula>
      <p>where</p>
      <disp-formula id="FD29">
        <label>(26)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </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="FD30">
        <label>(27)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <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: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:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD31">
        <label>(28)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <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: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:mi>I</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD32">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mo>⋮</mml:mo>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Let the state evolution be:</p>
      <disp-formula id="FD33">
        <label>(29)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <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:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</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:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msqrt>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>β</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD34">
        <label>(30)</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:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mi>O</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD35">
        <label>(31)</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:msub>
              <mml:mi>D</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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD36">
        <label>(32)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD37">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mo>⋮</mml:mo>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Note that the rotations always start from the beginning, |<italic>ψ</italic><sub>0</sub>⟩ in Equations (30), (31), and (32). From reference [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], when rotating from |<italic>β</italic>⟩ to |<italic>α</italic>⟩ in {|<italic>α</italic>⟩, |<italic>β</italic>⟩} space, if geometric series for rotation angles is:</p>
      <disp-formula id="FD38">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>then <italic>K</italic> = <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>).</p>
      <p><bold>THEOREM 3.1.</bold>If the state evolution is given by Equations (29)-(32), the rotation from |<italic>β</italic>⟩ to |<italic>α</italic>⟩, <italic>R</italic>(π/4), can be achieved by one oracle call and log(<italic>N</italic>) different diffusion calls.</p>
      <p><bold>Proof.</bold> Step 0. From Equation (29), </p>
      <disp-formula id="FD39">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <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:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</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:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msqrt>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>β</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Step 1. From Equation (20), after the oracle operator and diffusion operator,</p>
      <disp-formula id="FD40">
        <mml:math display="inline">
          <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:mi>D</mml:mi>
            <mml:mi>O</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</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:mn>1</mml:mn>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:mfrac>
              </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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Ignore higher order terms <italic>O</italic>(1/<italic>N</italic>),</p>
      <disp-formula id="FD41">
        <label>(33)</label>
        <mml:math display="inline">
          <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:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Step 2. By definition,</p>
      <disp-formula id="FD42">
        <label>(34)</label>
        <mml:math display="inline">
          <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:msub>
              <mml:mi>D</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>0</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:mn>2</mml:mn>
                <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: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:mi>I</mml:mi>
              </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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Expand:</p>
      <disp-formula id="FD43">
        <label>(35)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <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: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:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:msqrt>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <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>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:msqrt>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>〈</mml:mo>
                      <mml:mi>α</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:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </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>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</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>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Note that,</p>
      <disp-formula id="FD44">
        <label>(36)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </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="FD45">
        <label>(37)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <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:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</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:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <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:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Equation (31) is,</p>
      <disp-formula id="FD46">
        <label>(38)</label>
        <mml:math display="inline">
          <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:mn>2</mml:mn>
            <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>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <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:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Ignore higher order terms <italic>O</italic>(1/<italic>N</italic>),</p>
      <disp-formula id="FD47">
        <label>(39)</label>
        <mml:math display="inline">
          <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:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Step 3, </p>
      <disp-formula id="FD48">
        <label>(40)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</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:mn>2</mml:mn>
                <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: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:mi>I</mml:mi>
              </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>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Repeat the above process,</p>
      <disp-formula id="FD49">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <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: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:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ψ</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:msqrt>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>〉</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <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>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msqrt>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:msqrt>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>〈</mml:mo>
                      <mml:mi>α</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:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </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>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msqrt>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:msqrt>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>4</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>ψ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>16</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>So,</p>
      <disp-formula id="FD50">
        <label>(41)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>3</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:msub>
                  <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>8</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The |<italic>α</italic>⟩ amplitudes in Equations (33), (39), (41), …, are approximately:</p>
      <disp-formula id="FD51">
        <label>(42)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>After <italic>K</italic> iteration:</p>
      <disp-formula id="FD52">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>K</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>π</mml:mi>
              <mml:mn>4</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>≈</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD53">
        <label>(43)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mi>log</mml:mi>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>log</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The number of diffusion calls for π/4 rotation from |<italic>β</italic>⟩ to |<italic>α</italic>⟩, <italic>R</italic>(π/4), is <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>). □</p>
      <p>Because the algorithm relies on a geometric series where the amplitude grows exponentially at each step, any arbitrarily dropped error terms might also be compounded exponentially. One can proves that these discarded terms do not entirely collapse the target probability by the final iteration [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. In each iteration, the higher order terms <italic>O</italic>(1/<italic>N</italic>) are dropped. After t diffusion calls, the accumulative error is</p>
      <disp-formula id="FD54">
        <label>(44)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>e</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>O</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>log</mml:mi>
            <mml:mi>N</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>For large <italic>N</italic>, these errors are approaching 0.</p>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Time Complexity</title>
      <p>The standard lower bounds for unstructured quantum search [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] still apply even though the number of oracle calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) to <italic>O</italic>(1) and the number of diffusion calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) to <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>).</p>
      <sec id="sec4dot1">
        <title>4.1. Cost of the Diffusion Operator</title>
        <p>The basic ideal is the key identity [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD55">
          <label>(45)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>〈</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <italic>U</italic> prepares the state: <italic>U</italic>|0⟩ = |<italic>ψ</italic>⟩. Instead of implementing:</p>
        <disp-formula id="FD56">
          <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:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which looks exponential, it can be implemented as follows:</p>
        <p>1) Uncompute |<italic>ψ</italic>⟩ to |0⟩: |<italic>ψ</italic>⟩ = <italic>U</italic>|0⟩</p>
        <p>2) Apply a simple phase flip on |0⟩: |0⟩ → −|0⟩</p>
        <p>3) Compute back: <italic>U</italic>|0⟩ = |<italic>ψ</italic>⟩</p>
        <p>So:</p>
        <disp-formula id="FD57">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mi>ψ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>phase-flip</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Three steps for Equation (45) are:</p>
        <p>Step 1: Apply <italic>U</italic><sup>†</sup></p>
        <p>cost (<italic>U</italic><sup>†</sup>) </p>
        <p>Step 2: Flip phase of |0⟩</p>
        <p>This is |0<italic><sup>n</sup></italic>⟩ → −|0<italic><sup>n</sup></italic>⟩, implemented by:</p>
        <p>multi-controlled Z gate cost: <italic>O</italic>(<italic>n</italic>) </p>
        <p>Step 3: Apply <italic>U</italic></p>
        <p>cost (<italic>U</italic>)</p>
        <p>Here the cost means gate count. Finally, if it takes one step for one gate, without gate parallel computation, the time complexity (number of steps without parallel gate execution) is [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD58">
          <label>(46)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <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>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec4dot2">
        <title>
          4.2. Cost of
          <italic>D</italic>
          <sub>0</sub>
        </title>
        <p>Consider the Diffusion operators:</p>
        <disp-formula id="FD59">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</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>
        </disp-formula>
        <p>The Grover diffusion operator is</p>
        <disp-formula id="FD60">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which can be written as</p>
        <disp-formula id="FD61">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>⊗</mml:mo>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mo>〉</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>〈</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>⊗</mml:mo>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using Equation (45), </p>
        <disp-formula id="FD62">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>⊗</mml:mo>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This operator has a gate count of <italic>n</italic>, so </p>
        <disp-formula id="FD63">
          <label>(47)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <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>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec4dot3">
        <title>
          4.3. Cost of
          <italic>D</italic>
          <sub>1</sub>
        </title>
        <p>The oracle operator has its own time complexity, <italic>T</italic><italic><sub>O</sub></italic>, which depends on the applications and is not a variable in this paper. </p>
        <p><bold>THEOREM 4.1.</bold> The time complexity of <italic>D</italic><sub>1</sub> is:</p>
        <disp-formula id="FD64">
          <label>(48)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mi>O</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Proof.</bold> Consider:</p>
        <disp-formula id="FD65">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <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: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:mi>I</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>By definition (Equation (30)),</p>
        <disp-formula id="FD66">
          <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:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>So,</p>
        <disp-formula id="FD67">
          <label>(49)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>O</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>O</mml:mi>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Adding all costs in Equation (49) yields Equation (48). □</p>
      </sec>
      <sec id="sec4dot4">
        <title>
          4.4. Cost of the
          <italic>D</italic>
          <italic>
            <sub>k</sub>
          </italic>
        </title>
        <p><bold>THEOREM 4.2</bold> The time complexities of the Diffusion Operators are:</p>
        <disp-formula id="FD68">
          <label>(50)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</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:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>&gt;</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD69">
          <label>(51)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mi>O</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where </p>
        <disp-formula id="FD70">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Proof.</bold> By definition,</p>
        <disp-formula id="FD71">
          <label>(52)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <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: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:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Similarly, </p>
        <disp-formula id="FD72">
          <label>(53)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD73">
          <label>(54)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>I</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</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:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </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>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>†</mml:mo>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To compute the time complexity of <italic>D</italic><italic><sub>k</sub></italic>, simply add each term in Equation (54) to get Equation (50). Equation (51) was proved in the last section. □</p>
      </sec>
      <sec id="sec4dot5">
        <title>4.5. Standard Low Bounds</title>
        <p><bold>THEOREM 4.3</bold> The time complexity of <italic>D</italic><italic><sub>k</sub></italic> in Equation (50) is exponential, </p>
        <disp-formula id="FD74">
          <label>(55)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>O</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Proof.</bold> From Equation (50), </p>
        <disp-formula id="FD75">
          <label>(56)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD76">
          <label>(57)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</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:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD77">
          <label>(58)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>8</mml:mn>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</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:mn>8</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD78">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mo>⋮</mml:mo>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD79">
          <label>(59)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</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:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <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:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</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: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:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From Equation (48),</p>
        <disp-formula id="FD80">
          <label>(60)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mi>O</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From Equation (59), dropping lower order terms,</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mi> O </mml:mi></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> □</p>
        <p><bold>THEOREM 4.4</bold> When <italic>k</italic> = <italic>K</italic>, </p>
        <disp-formula id="FD81">
          <label>(61)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>K</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>O</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Proof.</bold> When <italic>k</italic> = <italic>K</italic>, from Equation (42),</p>
        <disp-formula id="FD82">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>K</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <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>
        </disp-formula>
        <p>From Equation (55),</p>
        <disp-formula id="FD83">
          <label>(62)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mi>O</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Remarks</title>
      <sec id="sec5dot1">
        <title>5.1. Unmatched Oracle Calls and Diffusion Calls</title>
        <p>The paper claims a single oracle call is used in the entire algorithm. However, in Grover’s algorithm, because Grover’s diffusion operator depends on the state produced by the oracle, constructing and applying the Grover’s diffusion operator inherently requires invoking the oracle repeatedly, otherwise, the diffusion operator has nothing to do with the marked state to be amplified. This seems to be inconsistent with one oracle call.</p>
        <p>The diffusion operators in this paper are not Grover’s diffusion operators except <italic>D</italic><sub>0</sub>. This role of invoking the oracle is implemented inexplicitly:</p>
        <p>The Grover diffusion operation, <italic>D</italic><sub>0</sub> in Equation (25), is indeed dependent on the state produced by the oracle through Equation (30);The next diffusion operator, <italic>D</italic><sub>1</sub> in Equation (26), depend on |<italic>ψ</italic><sub>1</sub>⟩, which depends on oracle through Equation (31) indirectly;The next diffusion operator, <italic>D</italic><sub>2</sub> in Equation (27), depend on |<italic>ψ</italic><sub>2</sub>⟩, which in turn depend on oracle through Equation (32) indirectly;…</p>
        <p>The operators (<italic>D</italic><italic><sub>k</sub></italic>) are not independent of the unknown marked state. They depend on oracle-derived states. The dependence is obtained in Equations (26)-(28) as follows:</p>
        <disp-formula id="FD84">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <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:mo>→</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>→</mml:mo>
              <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:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>→</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</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:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mi>K</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>while still claiming a single oracle call. Another way to understand this is Equation (55), which indicates that each step depends on oracle operator.</p>
      </sec>
      <sec id="sec5dot2">
        <title>5.2. Geometric View</title>
        <p><bold>THEOREM 5.1</bold> The geometric progression of rotation angles at iteration, <italic>k</italic>, is:</p>
        <disp-formula id="FD85">
          <label>(63)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Proof.</bold> To connect the approximate state updates to the claimed geometric progression of rotation angles, recall in Equation (8):</p>
        <disp-formula id="FD86">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <italic>θ</italic><italic><sub>k</sub></italic> is the angle from the |<italic>β</italic>⟩ axis at iteration, <italic>k</italic>, and the rotation is from |<italic>β</italic>⟩ axis to |<italic>α</italic>⟩ axis. Amplitude of the marked state is given in Equation (9):</p>
        <disp-formula id="FD87">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </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:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From Equation (33), </p>
        <disp-formula id="FD88">
          <mml:math display="inline">
            <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:msub>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Note that the first term above contains <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , therefore,</p>
        <disp-formula id="FD89">
          <label>(64)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Similarly,</p>
        <disp-formula id="FD90">
          <label>(65)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>5</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD91">
          <label>(66)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>9</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>6. Conclusion</title>
      <p>In reference [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], the author presented the Single-Iteration Quantum Search Algorithm, which achieves amplitude-amplification with exactly one oracle call and one π/4 rotation. This work presents a simpler and cleaner derivation for one oracle call and log(<italic>N</italic>) Diffusion calls, while the original proof was based on Cartan-Dieudonné theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The standard lower bounds for unstructured quantum search still apply even though the number of oracle calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) to <italic>O</italic>(1) and the number of diffusion calls is reduced from <italic>O</italic>(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> N </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) to <italic>O</italic>(log<italic>N</italic>).</p>
    </sec>
    <sec id="sec7">
      <title>Acknowledgements</title>
      <p>The author thanks Claude (Anthropic AI assistant, Claude Sonnet 4.5) for extensive technical analysis, systematic review, and constructive feedback during manuscript preparation. We thank Gina Porter for proofreading this paper and valuable suggestions for improving clarity.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, Y. (2026) The Single-Rotation Quantum Search Algorithm: Amplitude Amplification with One Oracle Call. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Quantum</italic><italic>Information</italic><italic>Science</italic>, 16, 161-190. https://doi.org/10.4236/jqis.2026.162006 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.162006</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jqis.2026.162006">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.162006</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2026</year>
            <article-title>The Single-Rotation Quantum Search Algorithm: Amplitude Amplification with One Oracle Call</article-title>
            <source>Journal of Quantum Information Science</source>
            <volume>16</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.162006</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Grover, L.K. (1996) A Fast Quantum Mechanical Algorithm for Database Search. <italic>Proceedings of the Twenty</italic>- <italic>Eighth Annual ACM Symposium on Theory of Computing</italic>, Philadelphia, 22-24 May 1996, 212-219. https://doi.org/10.1145/237814.237866 <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/237814.237866</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1145/237814.237866">https://doi.org/10.1145/237814.237866</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Grover, L.K.</string-name>
              <string-name>Computing, P</string-name>
            </person-group>
            <year>1996</year>
            <article-title>A Fast Quantum Mechanical Algorithm for Database Search</article-title>
            <source>Proceedings of the Twenty-Eighth Annual ACM Symposium on Theory of Computing</source>
            <volume>22</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/237814.237866</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, Y. (2026) The Exponential Speedup Algorithm: <italic>o</italic>(Log <italic>N</italic>) Amplitude Amplification via Geometric Series. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Quantum</italic><italic>Information</italic><italic>Science</italic>, 16, 132-159. https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161005 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161005</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161005">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161005</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2026</year>
            <article-title>The Exponential Speedup Algorithm: o(LogN) Amplitude Amplification via Geometric Series</article-title>
            <source>Journal of Quantum Information Science</source>
            <volume>16</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161005</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Nielsen, M.A. and Chuang, I.L. (2010) Quantum Computation and Quantum Information. 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</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Grover, L.K. (1997) Quantum Mechanics Helps in Searching for a Needle in a Haystack. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>Letters</italic>, 79, 325-328. https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.325 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.79.325</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.325">https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.325</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Grover, L.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>1997</year>
            <article-title>Quantum Mechanics Helps in Searching for a Needle in a Haystack</article-title>
            <source>Physical Review Letters</source>
            <volume>79</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.79.325</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Boyer, M., Brassard, G., Høyer, P. and Tapp, A. (1998) Tight Bounds on Quantum Searching. <italic>Fortschritte</italic><italic>der</italic><italic>Physik</italic>, 46, 493-505. https://doi.org/10.1002/(sici)1521-3978(199806)46:4/5&lt;493::aid-prop493&gt;3.0.co;2-p <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(sici)1521-3978(199806)46:4/5&lt;493::aid-prop493&gt;3.0.co;2-p</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1002/(sici)1521-3978(199806)46:4/5%3C493::aid-prop493%3E3.0.co;2-p">https://doi.org/10.1002/(sici)1521-3978(199806)46:4/5&lt;493::aid-prop493&gt;3.0.co;2-p</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Boyer, M.</string-name>
              <string-name>Brassard, G.</string-name>
              <string-name>Tapp, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>1998</year>
            <article-title>Tight Bounds on Quantum Searching</article-title>
            <source>Fortschritte der Physik</source>
            <volume>46</volume>
            <fpage>4</fpage>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(sici)1521-3978(199806)46:4/5&lt;493::aid-prop493&gt;3.0.co;2-p</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Ambainis, A. (2002) Quantum Lower Bounds by Quantum Arguments. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Computer</italic><italic>and</italic><italic>System</italic><italic>Sciences</italic>, 64, 750-767. https://doi.org/10.1006/jcss.2002.1826 <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jcss.2002.1826</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1006/jcss.2002.1826">https://doi.org/10.1006/jcss.2002.1826</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ambainis, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>2002</year>
            <article-title>Quantum Lower Bounds by Quantum Arguments</article-title>
            <source>Journal of Computer and System Sciences</source>
            <volume>64</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jcss.2002.1826</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Hoyer, P., Lee, T. and Spalek, R. (2007) Negative Weights Make Adversaries Stronger. <italic>Proceedings of the Thirty</italic>- <italic>Ninth Annual ACM Symposium on Theory of Computing</italic>, San Diego, 11-13 June 2007, 526-535. https://doi.org/10.1145/1250790.1250867 <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/1250790.1250867</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1145/1250790.1250867">https://doi.org/10.1145/1250790.1250867</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Hoyer, P.</string-name>
              <string-name>Lee, T.</string-name>
              <string-name>Spalek, R.</string-name>
              <string-name>Computing, S</string-name>
            </person-group>
            <year>2007</year>
            <article-title>Negative Weights Make Adversaries Stronger</article-title>
            <source>Proceedings of the Thirty-Ninth Annual ACM Symposium on Theory of Computing</source>
            <volume>11</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/1250790.1250867</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zalka, C. (1999) Grover’s Quantum Searching Algorithm Is Optimal. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>A</italic>, 60, 2746-2751. https://doi.org/10.1103/physreva.60.2746 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.60.2746</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreva.60.2746">https://doi.org/10.1103/physreva.60.2746</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zalka, C.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Grover’s Quantum Searching Algorithm Is Optimal</article-title>
            <source>Physical Review A</source>
            <volume>60</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.60.2746</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Brassard, G., Høyer, P., Mosca, M. and Tapp, A. (2002) Quantum Amplitude Amplification and Estimation. Contemporary Mathematics. arXiv:quant-ph/0005055.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Brassard, G.</string-name>
              <string-name>Mosca, M.</string-name>
              <string-name>Tapp, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>2002</year>
            <article-title>Quantum Amplitude Amplification and Estimation</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Shende, V.V., Bullock, S.S. and Markov, I.L. (2006) Synthesis of Quantum-Logic Circuits. <italic>IEEE</italic><italic>Transactions</italic><italic>on</italic><italic>Computer</italic>- <italic>Aided</italic><italic>Design</italic><italic>of</italic><italic>Integrated</italic><italic>Circuits</italic><italic>and</italic><italic>Systems</italic>, 25, 1000-1010. https://doi.org/10.1109/tcad.2005.855930 <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcad.2005.855930</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1109/tcad.2005.855930">https://doi.org/10.1109/tcad.2005.855930</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Shende, V.V.</string-name>
              <string-name>Bullock, S.S.</string-name>
              <string-name>Markov, I.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Synthesis of Quantum-Logic Circuits</article-title>
            <source>IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems</source>
            <volume>25</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcad.2005.855930</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Childs, A.M. and Wiebe, N. (2012) Hamiltonian Simulation Using Linear Combinations of Unitary Operations. <italic>Quantum</italic><italic>Information</italic><italic>and</italic><italic>Computation</italic>, 12, 901-924. https://doi.org/10.26421/qic12.11-12-1 <pub-id pub-id-type="doi">10.26421/qic12.11-12-1</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.26421/qic12.11-12-1">https://doi.org/10.26421/qic12.11-12-1</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Childs, A.M.</string-name>
              <string-name>Wiebe, N.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>Hamiltonian Simulation Using Linear Combinations of Unitary Operations</article-title>
            <source>Quantum Information and Computation</source>
            <volume>12</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.26421/qic12.11-12-1</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Gilyén, A., Su, Y., Low, G.H. and Wiebe, N. (2019) Quantum Singular Value Transformation and Beyond: Exponential Improvements for Quantum Matrix Arithmetics. <italic>Proceedings of the</italic>51 <italic>st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing</italic>, Phoenix, 23-26 June 2019, 193-204. https://doi.org/10.1145/3313276.3316366 <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/3313276.3316366</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1145/3313276.3316366">https://doi.org/10.1145/3313276.3316366</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Su, Y.</string-name>
              <string-name>Low, G.H.</string-name>
              <string-name>Wiebe, N.</string-name>
              <string-name>Computing, P</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>Quantum Singular Value Transformation and Beyond: Exponential Improvements for Quantum Matrix Arithmetics</article-title>
            <source>Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing</source>
            <volume>23</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/3313276.3316366</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Barenco, A., Bennett, C.H., Cleve, R., DiVincenzo, D.P., Margolus, N., Shor, P., <italic>et al</italic>. (1995) Elementary Gates for Quantum Computation. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>A</italic>, 52, 3457-3467. https://doi.org/10.1103/physreva.52.3457 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.52.3457</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9912645</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreva.52.3457">https://doi.org/10.1103/physreva.52.3457</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Barenco, A.</string-name>
              <string-name>Bennett, C.H.</string-name>
              <string-name>Cleve, R.</string-name>
              <string-name>DiVincenzo, D.P.</string-name>
              <string-name>Margolus, N.</string-name>
              <string-name>Shor, P.</string-name>
            </person-group>
            <year>1995</year>
            <article-title>Elementary Gates for Quantum Computation</article-title>
            <source>Physical Review A</source>
            <volume>52</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreva.52.3457</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">9912645</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Low, G.H. and Chuang, I.L. (2019) Hamiltonian Simulation by Qubitization. <italic>Quantum</italic>, 3, Article 163. https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163 <pub-id pub-id-type="doi">10.22331/q-2019-07-12-163</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163">https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Low, G.H.</string-name>
              <string-name>Chuang, I.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>Hamiltonian Simulation by Qubitization</article-title>
            <source>Quantum</source>
            <volume>3</volume>
            <elocation-id>163</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.22331/q-2019-07-12-163</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Bennett, C.H., Bernstein, E., Brassard, G. and Vazirani, U. (1997) Strengths and Weaknesses of Quantum Computing. <italic>SIAM</italic><italic>Journal</italic><italic>on</italic><italic>Computing</italic>, 26, 1510-1523. https://doi.org/10.1137/s0097539796300933 <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/s0097539796300933</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1137/s0097539796300933">https://doi.org/10.1137/s0097539796300933</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Bennett, C.H.</string-name>
              <string-name>Bernstein, E.</string-name>
              <string-name>Brassard, G.</string-name>
              <string-name>Vazirani, U.</string-name>
            </person-group>
            <year>1997</year>
            <article-title>Strengths and Weaknesses of Quantum Computing</article-title>
            <source>SIAM Journal on Computing</source>
            <volume>26</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/s0097539796300933</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, Y. (2026) The Grover Dilemma and Three Fundamental Barriers to Oracle-Based Quantum Search Algorithms. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Quantum</italic><italic>Information</italic><italic>Science</italic>, 16, 16-74. https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161002 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161002</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161002">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161002</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2026</year>
            <article-title>The Grover Dilemma and Three Fundamental Barriers to Oracle-Based Quantum Search Algorithms</article-title>
            <source>Journal of Quantum Information Science</source>
            <volume>16</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161002</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, Y. (2026) Why Oracle-Based Quantum Search Cannot Use Deep Loops: Physical Limits on Sequential Operations. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Quantum</italic><italic>Information</italic><italic>Science</italic>, 16, 75-119. https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161003 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161003</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161003">https://doi.org/10.4236/jqis.2026.161003</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2026</year>
            <article-title>Why Oracle-Based Quantum Search Cannot Use Deep Loops: Physical Limits on Sequential Operations</article-title>
            <source>Journal of Quantum Information Science</source>
            <volume>16</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jqis.2026.161003</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>