[发明专利]基于等效单向CNOT门的量子码症状提取线路设计方法

说明书

本发明提供了一种基于等效单向CNOT门的量子码症状提取线路设计方法，用于解决现有技术中存在的资源消耗量较大的技术问题，实现步骤为：构造位置序号矩阵；获取待设计量子码容错症状提取线路的稳定子；构建等效单向CNOT门；确定A中稳定子的标记方式；基于等效单向CNOT门建立标记矩阵F'_m×k；建立待检测矩阵F”_m×k；建立A的结果矩阵F_m×k；获取当前容错症状提取线路A；获取与当前容错症状提取线路A对称的容错症状提取线路B；A和B共同构成所设计的量子码症状提取线路。

技术领域

本发明属于量子信息处理技术领域，涉及一种量子纠错码症状提取线路设计方法，具体涉及一种基于等效单向CNOT门的量子码症状提取线路设计方法，可用于量子计算机和量子通信中的量子纠错码症状提取。

背景技术

量子计算机在计算速度上远远优于经典计算机，但是由于量子态具有退相干性，使得量子计算机的实用化进程非常缓慢。为了克服量子态的退相干性，量子纠错码应运而生。对量子信息进行保护的纠错码编码块在噪声的作用下会发生错误，为了使错误在信息处理过程中不恶化成不可纠正的错误以及在处理终端解码出正确的量子信息，在信息处理过程中需要对编码块纠错。症状提取是实现量子纠错的关键一步，它可以定位错误发生的位置以及确定错误的类型，症状提取线路就是用来实现症状提取功能的。由于量子态一经测量就会坍塌，所以在对编码块进行症状提取时不能直接作用于编码块，而是利用辅助量子比特对编码块实施稳定子测量实现症状提取。在症状提取线路提取症状的过程中，线路可能发生错误扩散，会给数据块带来不可纠正的错误，容错症状提取线路可以解决这个问题。由于量子态测量即坍塌的性质，使得量子纠错码容错症状提取线路对资源，即对时间资源、CNOT门资源以及额外量子比特资源的消耗非常大，而量子计算机的实现需要低资源消耗的容错症状提取线路。因此，付出更少的资源代价实现容错症状提取是设计容错症状提取线路追求的目标。

传统的容错症状提取线路的资源消耗量较大，而量子计算机的实现急需低资源消耗的容错症状提取线路，因此资源消耗小的症状提取线路将大大促进量子计算机的实用化进程,例如P.W.Shor在其文章“Fault-tolerant quantum computation,foundations ofcomputer science,pp.56–65,1996.”中提出了一种基于“猫态”的容错症状提取线路。该线路通过辅助比特块中的辅助量子比特与编码块中的数据量子比特之间的一对一作用实现了容错症状提取，但是也正是因为这样复杂的容错结构，在症状提取时需要制备拥有与稳定子权重相同量子比特数目的“猫态”，这对辅助量子比特的消耗极大；该线路一次提取一个稳定子症状，需要消耗大量的时间资源；在使用“猫态”前需要对其进行正确性验证，又需要消耗一定数量的额外量子比特、CNOT门以及时隙。基于“猫态”的容错症状提取线路对辅助量子比特、时间资源以及CNOT门的消耗是极大的。