[发明专利]一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法

说明书

本发明属于量子通信技术领域，公开了一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法；解决了在长码应用场景下，准循环量子LDPC码纠错性能不佳的问题；本发明的实现步骤：基于欧式几何构造准循环矩阵H_EG；对H_EG做处理得到具有偶数个子矩阵的准循环矩阵H；基于H构造准循环量子LDPC码；对H做列稀疏化处理，构造增强型量子码；利用BP算法进行译码。本发明通过对准循环量子码的校验矩阵做列稀疏化处理，使得在同样码长的情况下获得更好的纠错性能。将其应用场景扩展到长码领域。

技术领域

本发明属于量子通信技术领域，尤其涉及一种准循环量子低密度奇偶检验LDPC(low-density parity-check)码的增强方法。

背景技术

量子通信和量子计算理论为构建高效、安全的通信系统指明了方向。但是由于退相干现象的存在使得量子态很容易遭到破坏，这成为量子通信必须克服的一个问题。为此，人们提出了量子纠错码理论。其中量子低密度奇偶校验LDPC码是很接近Hash容量限的一类性能优异的差错控制编码，可以提高量子通信系统的可靠性。

目前，业内常用的现有技术是：利用经典的准循环低密度奇偶校验LDPC码的校验矩阵和循环矩阵的对易特性构造出两个结构不同且相互正交的稀疏矩阵，并以此为基础构造出准循环量子低密度奇偶校验LDPC码。这类码在很大程度上解决了四元域上的量子码存在很多四环的问题。因此利用置信度传播BP(Belief Propagation)算法进行译码时纠错性能得到提升。但是对于该类型的码，随着码长的增加，码率快速趋近于一，导致在长码应用场景下由于校验位数目不足使得纠错性能力受限。

综上所述，现有技术存在的问题是：对于现有的准循环量子低密度奇偶校验LDPC码，一旦码长确定，码率也会随之确定。在长码应用场景下码率会快速趋近于1，这会导致在译码过程中由于校验位数目不足使得纠错能力下降。所以该类型的量子码只能用于中短码场景。

解决上述技术问题的难度和意义：在不违背量子码的构造准则情况下，本发明提出一种准循环量子低密度奇偶校验LDPC码的增强方法，通过增加校验位的数目获得更好的纠错性能，将该类型码的应用场景从中短码场景扩展到长码场景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法。

本发明是这样实现的，一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法首先利用欧式几何的方法构造一个准循环矩阵，然后基于该矩阵构造两个相互正交的准循环矩阵H_x和H_z；再利用这两个矩阵构造准循环量子LDPC码；最后对H_x和H_z做列稀释处理，构造增强型量子LDPC码。

进一步，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法包括以下步骤：

(1)设置参数m和q得到GF(q)上的欧式几何EG(m,q)，在该几何空间中除去经过原点的直线，剩余J条直线的关联向量可以划分成t个循环类，每个循环类都是一个大小为N的方阵；以此构造行数为N，列数为t*N的矩阵H_EG：

H_EG＝[H₀,H₁,…,H_t-1]；

其中每个子矩阵H_i都是一个大小为N的循环方阵；

(2)对步骤(1)中的H_EG做以下处理得到矩阵H，H中循环子矩阵的个数记为n，其中n为偶数：

(3)构造准循环量子LDPC码：