基于纠缠协助的量子纠错码理论的研究

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自1995年Peter Shor构造出第一个量子纠错码[[9,1,3]]码之后,量子纠错码的研究在最近十几年进展很快。CSS编码理论的提出建立了以经典线性纠错编码为基础的量子纠错编码的理论和方法,使得可以用人们所熟知的经典码来构造量子码。之后,稳定子理论提出建立了构造量子纠错码的系统理论方法。量子稳定子码是经典线性码的类比,它几乎概括了原先所有的量子纠错码,其中就包括CSS码。   尽管稳定子码构造的条件(要求构造所需的经典码必须包含它的对偶码)不是特别苛刻,但是对一些高效的现代码(像Turbo码,LDPC码)却很难满足这个条件。特别是对LDPC码,即使这个条件满足,然而由于大量4环的存在,使得所构造的量子LDPC码性能受到很大的影响。所以,进一步的研究显得格外重要。   本文在总结量子纠错码基本理论的基础上,首先利用有限群的表示理论(特别是有限群的特征标理论)详细论述了通过辛自正交的Abel群来构造量子纠错码的方法。其次,基于纠缠协助的稳定子体系,证明了可由参数分别为[n,k,d]和[n,k’,d’]的经典二元线性码C和C’(需满足C()C’,并且k’≥ k+2),构造出参数为[[n,k+k’-n+c,min{d,3/2’);c]]的量子码;并在此基础上提出了基于纠缠协助的类CSS量子纠错码。此构造方法弱化了CSS编码构造条件中要求经典纠错码C必须包含其对偶码的条件;借助纠缠比特,通过任意的经典纠错码都可以构造出量子码。这个结果对量子LDPC码的构造很有帮助。   最后,论文讨论了基于纠缠协助的量子LDPC码的构造,以及使构造所需纠缠比特的数目最小化的方法。基于纠缠协助的量子LDPC码消除了影响其构造和性能的不利因素,使得可以从任意围长不小于6的经典LDPC码构造出高性能量子LDPC码。
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