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这是任何单纠错(即距离3)量子纠错码至少具有5量子比特的证明。实际上,这可以推广到任何维数为四位数,并且可以保护任何一个或多个维数为量子纠错码。
(如Felix Huber所述,您至少需要5个量子位的原始证明是由于Knill-Laflamme文章[ arXiv:quant-ph / 9604034 ]阐明了Knill-Laflamme条件:以下是证明技术如今更常用。)
如果已知被擦除的量子位的位置,则任何可以校正未知误差,也可以校正擦除误差(我们只是丢失了一些量子位,或者它变得完全去极化或类似)的量子纠错码。[1秒。III A] *。更一般地说,距离为的量子错误校正码可以容忍擦除错误。例如,当代码根本无法纠正任何错误,本质上是因为它可以告诉您已发生错误(甚至是哪种类型的错误),但不能告诉它发生了哪个量子位,因此同一代码可以防止单个擦除错误(因为通过假设,我们可以准确知道这种情况下错误的发生位置。
因此,任何可以容忍一个保利误差的量子纠错码都可以从两个量子比特的丢失中恢复过来。现在,假设你有一个量子错误纠正上的代码量子比特,编码针对单量子位的错误一个量子比特。假设您将量子比特分配给Alice,并将量子比特分配给Bob:那么Alice应该能够恢复原始的编码状态。如果,然后,使鲍勃应该也能够恢复原始的编码状态-从而获得爱丽丝状态的克隆。由于这是由不可克隆定理排除了,接下去我们必须来代替。
*我为此找到的最早参考是
[1] Grassl,Beth和Pellizzari。
量子擦除通道的代码。
物理 修订版A 56(第33-38页),1997年。
[ arXiv:quant-ph / 9610042 ]
—在[ arXiv:quant-ph / 9604034 ] 中描述了Knill-Laflamme条件后不久,因此可以合理地证明代码距离与擦除错误之间存在联系。概述如下,适用于距离为纠错码(并使用广义Pauli运算符同样适用于任何维数的量子位代替量子位)。
量子位的损失可以通过经受完全去极化通道的那些量子位来建模,而这些损耗又可以通过受到均匀随机保利误差的那些量子位来建模。
如果那些量子位的位置未知,那将是致命的。但是,由于它们的位置是已知的,因此可以通过诉诸Knill-Laflamme条件来区分量子位上的任何一对Pauli错误。
因此,通过用最大混合状态的量子位替换已擦除的量子位,并专门测试那些量子位上的Pauli错误(请注意,与校正任意Pauli错误所用的校正程序不同),您可以恢复原始状态。
我们可以轻松证明的是,没有更小的非简并代码。
在非简并代码中,必须具有qubit的2个逻辑状态,并且对于每个可能的错误,必须具有不同的状态才能将每个逻辑状态映射到其中。因此,假设您有一个5 qubit的代码,具有两个逻辑状态和。可能的单量子位错误集为,它表示所有状态
如果我们大体上应用此参数,则表明我们需要
作为对其他答案的补充,我将为量子非简并纠错码添加一般的量子汉明界限。这种结合的数学公式是
但是,简并性是量子纠错码的一个属性,它暗示着这样的事实,即错误之间存在等价类,这会影响所发送的码字。这意味着在共享相同校验子的情况下,存在一些错误,它们对发送的码字的影响是相同的。这意味着可以通过相同的恢复操作纠正那些退化的错误类别,因此可以纠正更多的预期错误。这就是为什么量子汉明界对于这种简并纠错码是否成立还不知道的原因,因为可以用这种方式纠正比分区更多的错误。请参阅此问题以获取有关违反量子汉明束缚的某些信息。
我想在最早的参考文献中添加简短的评论。我相信在第5.2节中已经对此进行了说明。
A Theory of Quantum Error-Correcting Codes
Emanuel Knill, Raymond Laflamme
https://arxiv.org/abs/quant-ph/9604034
具体结果是:
。
维系统;它是一个-纠错代码,如果系统分解为量子位的张量积,并且该代码能够纠正权重错误 。特别是 -错误纠正代码,我们现在将其描述为 码。定理5.1然后让我们证明 和一个奇数整数 , 代码必须满足
(N.B. There is a peculiarity with the dates here: the arxiv submission of above paper is April 1996, a couple of months earlier than Grassl, Beth, and Pellizzari paper submitted in Oct 1996. However, the date below the title in the pdf states a year earlier, April 1995.)
As an alternative proof, I could imagine (but haven't tested yet) that simply solving for a weight distribution that satisfies the Mac-Williams Identities should also suffice. Such a strategy is indeed used
Quantum MacWilliams Identities
Peter Shor, Raymond Laflamme
https://arxiv.org/abs/quant-ph/9610040
to show that no degenerate code on five qubits exists that can correct any single errors.