量子稳定子码的概率译码
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金 资助 项 目 ( B J8 0 Y J0 2 )
F u d t n I ms T eNainl trlSineF u dt n o hn 6 83 0 ) T eNa rl cec on a o fJ n s o n ai t : h t a Na a cec o ai fC ia(0 7 1 1; h t a S i eF u dt n o agu o e o u n o u n i i
Fra Baidu bibliotek
[ l = i FZ = i ,[, = i ,】 2 , Z,[,】 2 X ZX】 2 F。
± + ±, ,z,f , 子 比特 的一般 Pui ,/ 】 ±y± ±z) n量 - X, , al 群 为
量子 卷积 码, 子 T ro码等 制 量 ub ,而 对译码 算 法鲜
外 ,算法 不需要预 先寻找差错算子对应 的向量空 问的基 ,因此算法复杂度更小 。 关键 词:量子稳定子码 ;校验矩 阵;量子标准 阵列 中图分类号:T 3 7 P 8 文献标识码 :A 文章编号 :10 .3 X 2 1)00 5 .8 0 04 6 (0 11.0 90
Pr b b l tc d c d n l o ih f r q a t m t b l e o e o a i s i e o i g a g rt m o u n u s a i z rc d s i i
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一
信
学
报
第 3 卷 2
般 结 构l。但 是, 5 】 他们 给 出 的编 码 方案对 某 些稳 定
2 差 错 症 状 分 析
子 码不 适用 。同年 ,D. t s n给 出了改 进 的编 Go ema t 码 网络 的构 建方法 【,但 是该 文给 出的编 码 公式 中 6 J 稳 定子 群和 逻辑 x 算 子之 间不 一致 , 据其 编码 公 根
条 件 ,其一 是码 率要 足够 大 ,其 二 是编 译码 算法 要
简 单 、快速 、 易实现 。至 今 ,量 子 纠错码 的理论 构
消相干 ) ,任 何微 小 的噪 声都 可 能 导致 计 算 结 果错
误 。因此 ,克服量 子 计算 过程 中量 子态 的消相 干是
造 取得 了丰 富 的研 究成 果[4 但是 在编 译码 算法 方 3J ’,
面研 究较 少 。R. lv C e e和 D. t s n首先 关注 编 Got ma e 译 码 网络 的构 造 ,并 于 19 9 7年 提 出 了标 准化 稳定
实 现量 子计 算 的关 键 。 子纠 错编 码 技术 [1 一种 量 1是 , 2 克服 量子 信 息在存 储 、传 输和 计 算过 程 中发 生消相
引言
量 子 算法 比之 经典 算法 具有 明显 的优 越 性 ,但 量 子 计算 过程 易 于遭受 噪 声 的干 扰 ( 为 量子 态 的 称
效 果好 的特 点,量 子纠 错编 码技 术 广泛 应用 于量 子
计 算机 的实现 、量 子 安全通 信 以及 容错 量子 计算 等 领 域 。衡 量一 个量 子纠 错码 是 否是 好码有 2个基 本
第 3 第 1 2卷 0期 2 1年 1 01 0月
通
信
学
报
、 l3 N 0 1 , -2 0 .0
J u n l n Co o r a mmu ia i n o nc t s o
0co e 0l tb r 2 1
量子稳 定子码 的概率译码
肖芳英,陈汉武
( 东南 大学 计算机 科 学与 工程 学 院. 苏 南 京 2 09 ) 江 10 6
XI O n yi , A Fa g- ng CHEN n— Ha wu
( c o l f o p t c n e n n ier g S uh a t iesy Naj g2 0 9 , hn ) S h o o C m ue S i c dE gn ei , o tes v ri , ni 1 0 6 C ia r e a n Un t n
任 意 Pui 中的元素 , 满足 】0 称 al群 B∈ =(
与 日对 易 )或 } 0( A与 B反对 易【) = 称 2 。因 】 为 l=/X ,所 以 P ui G 中 的任 意 元素 可表 示 , Z al 群
为 g=i ( Z ) 。
码 的最 大似 然 译码 算法 , 该 算 法 对 简 并 码 与 非 简
( D b sdo ec ekmar r unu s bl e o e s rp sd T civ w rr ae tee o p QP A) ae nt h c txf atm aizr d s h i oq t i c wa o oe . oaheel e o ts r r — p o r r h o
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首介 4常的阵J I 先绍 个用矩:= , J
l] [1 =一这 [ =- yi] 4 I I ] [ 个 I l I l 1 z , 。 , , 0 0 。 0
定义 1 单量 子 比特 P ui群为 G ={J+/ al 1 + ,/,
矩 阵称 为 P ui矩 阵 …。它们 之 间存在 如 下关 系 : al
e a o t h n mu u t m i h s c o e n o s o n t e t fd c d n u t m t d r ra r t r wi t e mi i m q a u weg twa h s n a d t h  ̄e h i h n me o e o i g a q a u sa a d ar y n n
并 码 采 用 不 同 的译 码 方 法 , 这 使 得 译码 算 法 的 复 杂 度 未 减 小 ,可 靠 性 却 降 低 了 。此 外 ,算 法 将 差
错 算 子 转 化 为 二 元 向量 表 示 ,找 出差 错 算 子 所 对
应 向量 空 间 的 一 组基 需要 进 行 2 (一 时 次 加 法 运 算 ( 里 F是码 长 ,k是 信 息位 数 ) 这 / ,从 而 增 加 了算 法复杂度 。
So h r等 人将 复 杂 的量 子 差 错 归 结和 简 化 为 比 特 翻转 、 位翻 转 z以及 比特 和相 位 同时翻转 l3 相 r
本 文 通 过 定义 比特 翻 转 差 错 症 状 矩 阵和 相 位
翻 转差错 症 状矩 阵 ,将 任意 差错 算子 的差 错症 状表 示 为 比特 翻 转 差 错 症 状 矩 阵 和 相位 翻 转 差 错症 状 矩 阵 的相 关列线 性 叠加 。对 量 子稳 定子 码 的差错 症 状 表现 形 式进 行深 入研 究后 发现 ,量子 稳定 子码 的 比特 翻 转 差错 症状 矩 阵 和 相 位 翻 转 差 错 症 状 矩 阵 完全 由其 校验 矩 阵所 决定 。这 与经 典线 性码 的 差错 症 状 与其 奇偶校 验 矩 阵之 间的关 系类 似 。据 此 ,本 文提 出 了 一种 适 用 于 去 极 化 信 道 的量 子 稳 定 子 码
r s o dn ee o p r t r e p n i g t t r r e a o . o h o
K e r s q a t m a i z r o e ; h c ti ; u n u sa d da r y wo d : u u s b l e d s c e k marx q a t m n a r a n t i c t r y
( A QS )wa o s u tdbfr eo ig C mp igwi eq at xmu l eio dd cdn loi m, e sc nt ce eoedc dn . o a n t t u u ma i m kl o eo igagr h t r r hh nm i h t h QP D mpo e h ei it f dgn rt eo ig u o u i r eo ig me o s fr d gn r e a d A i rv s te rl bly o e eeae c dn d e t nfm d cdn t d ee ea a i d o h o t n
摘
要 :为 了提高量子稳 定子码 的译码速率,提 出了一种基于校验矩阵 的量子概率译码算法 。通过选择具有最 小
量 子权重 的算子作为差错算子来减少译码 出错概率 ,通过预先构造量子标准 阵列来缩短译码 时间。与 已有 的量子
最大似然 译码 算法相 比,该算法 对简并码和非简并码采用统一 的译码方式 ,从而提高 了简并码 的译码 可靠 性。此
干 错误 的重要 手段 。由于其 具有 耗 费资源 少 ,纠错
收 稿 日期:2 1.20 ;修 回 日期 :2 1.9 1 0 0 1.7 0 10 .2
子 校 验 矩 阵 的 方 法 构 造 量 子 稳 定 子 码 编 码 网络 的
基金项 目:国家 自然科学基金 资助 项 目 (0 7 1 1 ;江苏省 自然科学基金资助项 目 ( 0 8 0 ) 6830 ) 2 0 2 9 :东南大学优秀博士论文基
Ab t a t o i r v h e f r a c fq a tm e o i g ag rt m,a q a t m r b b l t e o i g a g rt m s r c :T mp o e t e p ro m n e o u u d c d n l o i n h u u p o a i si d c d n l o i n i c h
类基本差错,详细分析这 3 类差错对研究量子译码
算 法 具有 重要 意义 。本 节将 给 出 比特 翻 转差错 症 状 和相 位翻 转 差 错症 状 的矩 阵表 示 , 证 明任 意 P ui al 差错 的 差错 症 状 可 以表 示 为 比特 翻 转 差 错 症 状 矩 阵和 相位 翻转 差错 症状 矩 阵 的若干 列 的线性 组合 。
式得 不到 所预 期 的码字 。2 0 年 ,C i . igWu 05 he Hs n n 等 人 给 出 了量子 稳 定子 码 的另 一种 编码 方 案 ,该 J 方 案 是在 对 量 子 稳 定 子 码 编 码 后 的码 字 进 行 逻 辑 分 析 的基础 上得 到 编码 电路 ,由于 码字 叠加 项数 随 码 长 呈指 数增 长 ,因此该 方案 对码 长较 大 的量子 稳 定子码 不 适用 。近 年来 ,量子 编译 码算 法 的研 究 引 起越 来越 多的重视 ,已有 成 果 中大多 是针对 特 定类 型 的量子 码 的编码 算法 的研 究 ,例 如 :量 子循 环码 ,
有研 究 。 0 0年 , Hs h等 【 给 出 了量 子稳 定子 21 M. i e j
(1 : = g g i l g … G) { I = C 2 g, : g
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量 子 算法 比之 经典 算法 具有 明显 的优 越 性 ,但 量 子 计算 过程 易 于遭受 噪 声 的干 扰 ( 为 量子 态 的 称
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基金项 目:国家 自然科学基金 资助 项 目 (0 7 1 1 ;江苏省 自然科学基金资助项 目 ( 0 8 0 ) 6830 ) 2 0 2 9 :东南大学优秀博士论文基
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算 法 具有 重要 意义 。本 节将 给 出 比特 翻 转差错 症 状 和相 位翻 转 差 错症 状 的矩 阵表 示 , 证 明任 意 P ui al 差错 的 差错 症 状 可 以表 示 为 比特 翻 转 差 错 症 状 矩 阵和 相位 翻转 差错 症状 矩 阵 的若干 列 的线性 组合 。
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(1 : = g g i l g … G) { I = C 2 g, : g
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