申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2019-12-31

公开（公告）日：2020-04-17

公开（公告）号：CN111030706A

主分类号：H03M13/11(20060101)

分类号：H03M13/11(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.02.10#授权;2020.05.12#实质审查的生效;2020.04.17#公开

摘要：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Fm×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。

主权项：1.一种基于等效单向CNOT门的量子码容错症状提取线路设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1构造位置序号矩阵：1a对CSS自对偶量子纠错码包含的一个纠错码所对应的奇偶校验矩阵Pm×n的列进行编号，并对Pm×n中值为“1”的元素通过其所在列的编号进行替换，得到矩阵P'm×n，其中，纠错码的最大纠错能力为e个量子比特，m和n分别表示Pm×n的行数和列数，m≥4且为偶数，n≥15，且n＞m，e＜n，且e≥1；1b删除矩阵P'm×n中值为“0”的元素，并对每一行进行左对齐操作，得到每一行既包含一个X型稳定子又包含一个Z型稳定子的位置序号矩阵P"m×k，k表示P"m×k的列数，k＞1；2获取待设计量子码容错症状提取线路的稳定子：按照X型稳定子与Z型稳定子的数量相等的原则，从P"m×k中选取每一行所包含的任意一种类型的稳定子作为当前容错症状提取线路A的稳定子，将P"m×k每一行中未被选取的另一种类型稳定子作为与当前容错症状提取线路A对称的容错症状提取线路B的稳定子；3构建等效单向CNOT门：假设当前容错症状提取线路A中两个不同类型的稳定子t1和t2所共同包含的元素为c，若c在t1中所处位置的列值小于在t2中所处位置的列值，通过两个c元素构成用于t2对t1标记的等效单向CNOT门，若c在t1中所处位置的列值大于在t2中所处位置的列值，通过两个c元素构成用于t1对t2标记的等效单向CNOT门；4确定A中稳定子的标记方式：通过X型稳定子对Z型稳定子进行标记，或通过Z型稳定子对X型稳定子进行标记，每个稳定子既实施标记，同时又被另一类型的稳定子所标记，假定被标记的稳定子为s1，实施标记的稳定子为s2；5基于等效单向CNOT门建立标记矩阵F'm×k：创建空矩阵F'm×k，并根据步骤4确定的标记方式，基于等效单向CNOT门从s1和s2组成的稳定子对中选取s1和s2所共同包含的元素中的两个，并将其中的一个分别放置于F'm×k的第s1行与第1至e+1列中的任意一列w1的交叉位置，以及第s2行与大于w1的任一列的交叉位置，将另一个分别放置于F'm×k的第s1行与第k-e至k-1列的任意一列w2的交叉位置，以及第s2行与大于w2的任一列的交叉位置，在标记过程中保证F'm×k中的每一列内的元素之间不重复，实现对F'm×k中m个稳定子的标记；6建立待检测矩阵F”m×k：将位置序号矩阵P"m×k中每个稳定子未被选取用来标记的元素随机填充到F'm×k的对应行的空闲位置，得到待检测矩阵F”m×k，填充原则为：假设将P"m×k中第b行未被选取用来标记的元素z填充到F'm×k的对应行中的第c列，若第c列中已存在元素z，则将P"m×k中第b行中的其它未被选取用来标记的元素填充到F'm×k的对应行中的第c列，其中1≤b≤m,1≤c≤k；7建立当前容错症状提取线路A的结果矩阵Fm×k：7a设计数矩阵Am×m为零矩阵，并通过Am×m中第i行第j列元素Aij对F”m×k中第i行稳定子与和第i行类型不同的第j行稳定子之间的等效单向CNOT门数量进行统计，得到计数矩阵Am×m，统计规则为：假设F”m×k中第i行第l列的元素为f，在F”m×k中第j行且大于l的列中查询是否存在元素f，若是，将Aij+1的结果赋值给Aij，否则，Aij不变，直到第i行所有列的元素查询完成，其中1≤l≤k,1≤i≤m,1≤j≤m；7b判断Am×m中的每个元素是否均为偶数，若是，则待检测矩阵F”m×k满足偶数原则，并将满足偶数原则的待检测矩阵F”m×k表示为F”'m×k，否则，在F”m×k的任意一行中随机调整没有涉及到标记但影响Am×m的元素的位置，调整过程中保证每一列内不存在重复的元素，直到待检测矩阵F”m×k满足偶数原则，并将满足偶数原则的待检测矩阵F”m×k表示为F”'m×k；7c判断F”'m×k是否满足容错性，若是，将满足容错性的F”'m×k表示为F""m×k，并将F""m×k作为当前容错症状提取线路A的结果矩阵Fm×k，否则，在F”'m×k的任意一行中随机调整不影响Am×m的元素的位置，调整过程中保证每一列内的元素之间不重复，直到F”'m×k满足容错性，将满足容错性的F”'m×k表示为F""m×k，并将F""m×k作为当前容错症状提取线路A的结果矩阵Fm×k；8获取当前容错症状提取线路A：8a设当前容错症状提取线路A中编码块所包含的量子比特的数量为q，辅助量子比特以及和辅助量子比特串联的对应测量基下的单光子测量器的数量均与Fm×k的行数m相等，时隙数与Fm×k中的列数k相等，并对编码块中的每一个量子比特进行编号，其中q≥k；8b按照Fm×k中m行稳定子行序号由小到大的顺序，将每行稳定子对应的辅助量子比特和与辅助量子比特串联的对应测量基下的单光子测量器部署在编码块的下方，且Fm×k中X型稳定子对应的辅助比特为|+态，测量基为X测量基，Z型稳定子对应的辅助比特为|0态，测量基为Z测量基，对于X型稳定子中的每一个元素，将CNOT门的控制端与|+辅助比特连接，受控端与该元素的值相等的编码块编号对应的量子比特连接，对于Z型稳定子中的每一个元素，将CNOT门的受控端与|0辅助比特连接，控制端与该元素的值相等的编码块编号对应的量子比特连接；8c将Fm×k中每一列的元素对应的CNOT门放置在一个时隙中，得到当前容错症状提取线路A；9获取所设计的量子码症状提取线路：按照步骤3至步骤8的方法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，当前容错症状提取线路A与容错症状提取线路B组成量子码症状提取线路。

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