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量子纠错是保护量子信息的强有力手段,能为高可靠量子计算和量子通信提供最基本的支撑。作为重要的量子纠错码类,量子稳定子码构造问题可以转化为经典四元自正交码或二元自正交码对构造问题。同时,量子稳定子框架也为其它量子纠错框架,如非对称量子纠错码和子系统码等,提供了可供借鉴的参考。构造好参数量子稳定子码已成为量子信息领域最具挑战性的研究课题之一。 本文研究基于Steane构造法的纯二元量子稳定子码构造问题。设计好参数纯二元量子稳定子码的关键是在设定量子码码长和距离的情况下,构造维数和尽可能小的二元自正交码对。但在一般情况下,很难做到码对中超码和子码维数同时达到最小。针对这个难点,本文提出7个紧密联系的二元自正交码和码对构造方法,采用控制一端维数,在保持包含关系的前提下极小化另一端维数的策略,构造一系列参数优良的纯二元量子稳定子码和二元自正交码。本文的主要研究工作及取得的创新性成果如下。 (1)提出基于拟循环结构和广义拟循环结构构造二元自正交码的策略和方法。在充分考虑拟循环自正交码生成子特点的基础上,提炼出一种特殊1-生成子拟循环码的结构。借助计算机搜索构造了22个对偶距离≥5的二元拟循环自正交码和31个最优或已知最优自正交码。受删除—截短构造方法启发,研究一种基于二元超循环、循环或不完全循环矩阵并置的二元广义拟循环码结构和构造策略,设计了11个对偶距离≥5的16维二元广义拟循环码,其中2个码是已知最优自正交码。这64个二元自正交码是本文进一步构造量子码和最优或已知最优二元自正交码的基础。 (2)提出自正交码扩张构造方法和删除—截短构造方法。通过向对偶距离为奇数的二元自正交码添加或扩展添加全1向量可以设计对偶距离更优的二元自正交码。自正交码的这种扩张构造方法是本文由已知二元量子稳定子码获得更好参数量子码的核心方法之一。基于经典线性码的删除构造方法和截短构造方法,本文提出由已知自正交码构造新自正交码的删除—截短构造法。与已知码相比,由该构造方法构造的新码距离不会小于已知码距离,同时又具有较好的对偶距离。删除—截短构造法是本文由已知码获得新的最优和已知最优自正交码的主要方法,而且也是产生好对偶距离自正交码的基础。 (3)提出特殊子码类构造方法、由已知二元自正交码对构造新码对的组合构造方法和基于局部降维的码对构造方法等三种自正交码对构造方法。立足于Steane构造法对二元自正交码对对偶距离要求,以及长码长码对扩展构造需求,本文研究自正交码的特殊子类,提出基于贪婪策略和两趟双向调整策略的子码构造方法。这种特殊子码类构造方法产生了本文大部分中等码长(码长≤128)的自正交码对。随后,提出了由已知二元自正交码对构造新码对的组合构造方法。迭代使用该组合构造方法可以产生码长呈指数级增长的新码对,且其子码维数一直维持在较小水平。但随着码对码长增大,码对维数和也会急剧增大。针对这种情况,提出基于局部降维的码对维数调整方法。该方法只调整超码维数,同时保持超码和子码包含关系不变。由已知码对构造新码对的组合构造方法和基于局部降维的码对构造方法,是本文构造了长码长二元量子稳定子码的基本技术。 (4)构造了许多参数优良的二元量子稳定子码和最优或已知最优二元自正交码。组合使用所提出的七种构造方法,本文设计了一系列二元自正交码对。基于Steane构造法,构造了288个纯二元量子稳定子码。与已知构造结果比较,本文的65个中等码长(码长≤128)量子码距离都达到了四元加性构造的下界,其中有4个码改进了四元加性构造结果、18个改进了二元构造结果。另外223个长码长(码长>128)量子码都超过了纯量子码的有限Gilbert-Varshamov界,其中30个码改进了已知四元或纯二元加性构造,其余都是新的构造结果。此外,本文还构造了108个二元自正交码。与已知二元线性码参数比较,其中78个是最优二元正交码,而其余30个是已知最优的。