量子计算中的纠错与容错技术
1. CSS 码的稳定器角色
在量子纠错码中,稳定器码 C 里,开发单量子比特门和多量子比特门的逻辑对应物较为困难。对于 Steane 码,它为通用近似逻辑门集提供了结构,可用于任何编程语言。
为创建 [[n, k1 k2]] CSS 码,假设经典码 C1 能纠正 t 个错误,码 C2 为 [n, k1] 码,这些码需满足一定要求。从稳定器角度看,可将其视为 CSS 码架构的一种替代描述。
构建矩阵 P1(对应 C1)和 P2(对应 C2),对于 P1 的每一行,以比特串 b = b1…bn 构造可观测量 Xb = Xb1…Xbn ,由于 P1 的每行线性独立,有 n - 1 个独立变量;同样,为 P2 的每行构造 Zb = Zb1…Zbn 。Nk2 个观测变量以及 2nk1 个观测变量(X 和 Z)均可独立观测。当且仅当由这些可观测量构成的群 S 是阿贝尔群时,S 才是稳定器码。
CSS 要求意味着 S 是阿贝尔群。所有 Xa(a 属于 P1)相互对易,所有 Zb(b 属于 P2)的元素也相互对易。群分量 X 和 Z 仅当 a·b 为偶数时对易,因为它们是反对易的。对于 P1 和 P2 的所有行 a 和 b,S 的分量都对易,0 mod 2 保证了这种等价性。生成矩阵 P0 为 C2 C1 ,由此可得出 S 是阿贝尔群,C 是 S 中的阿贝尔稳定器码。
第 7.3.2 节的 CSS(C1, C2) 码由 S 稳定。已知维度为 2n(2nk1 k2) 的一个子集等于 k1 + k2 ,且该子集由 S 稳定,因为 S 包含 n + n 个独立生成元。由于 CSS(C1, C2) 的维度为 k1 + k2 n ,所以