【摘 要】
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量子计算在诸如大质数分解等问题上表现出远超经典计算的能力,引起研究者们的极大关注,成为当前的研究热点方向。然而,由于噪声的存在,量子计算在没有差错控制的情况下是无法进行有效的计算过程的。作为一种对抗量子噪声的重要手段,量子纠错编码技术的研究就变得至关重要。当前,量子纠错编码已经成为了量子信息领域特别是量子计算领域的一个重要研究方向。低密度奇偶校验码(LDPC)编译码算法简单,性能接近香农限,是一种
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量子计算在诸如大质数分解等问题上表现出远超经典计算的能力,引起研究者们的极大关注,成为当前的研究热点方向。然而,由于噪声的存在,量子计算在没有差错控制的情况下是无法进行有效的计算过程的。作为一种对抗量子噪声的重要手段,量子纠错编码技术的研究就变得至关重要。当前,量子纠错编码已经成为了量子信息领域特别是量子计算领域的一个重要研究方向。低密度奇偶校验码(LDPC)编译码算法简单,性能接近香农限,是一种广泛使用的经典纠错编码方案。随着量子纠错编码技术的发展,将性能优异的经典纠错码移植到量子纠错编码领域成为了一种构造性能优异的量子纠错码的常见技术。本文在经典LDPC码的研究基础上,结合量子纠错码的编码原理做了以下工作:首先,系统分析了当前几种基于经典LDPC码构造量子纠错码的方法,并对其校验矩阵的结构进行了解析与探讨,包括含自对偶校验结构的CSS型量子纠错码、纠缠辅助量子纠错码以及不含自对偶结构的CSS型量子纠错码。在此基础上,本文使用平衡不完全区组设计(Balanced Incomplete Block Design,BIBD)构造了可转化为量子纠错码的经典LDPC码实例,根据量子纠错编码的编码原理构造出对应的量子LDPC码,并使用基于置信传播的迭代译码算法对构造所得的量子LDPC码进行了性能仿真,并对其优缺点进行了详细解析。其次,根据当前基于BIBD结构的量子LDPC码所存在的问题,特别是码率受限的情况,我们提出了一种码率可变的构造非同构CSS型量子LDPC码的方法。通过给定扩展系数?,我们可以将原始码率为的基于BIBD的量子LDPC码(母版量子纠错码)扩展成码率为1-2?/m的量子LDPC码。由于码率可以通过设置?进行灵活调整,我们的构造方案可以针对不同的应用场景,给出相应码率要求的量子LDPC码的编码方案,较好的实现了码率和纠错性能的平衡。值得指出的是,经过我们的策略构造的扩展码与母版量子LDPC码具有相同的非平凡操作矩阵单元,从而使得我们所构造的量子LDPC码在码率自适应变换的过程中,并不会带来额外的硬件开销。
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