量子物理
[提交于 2025年3月5日
(v1)
,最后修订 2025年6月18日 (此版本, v3)]
标题: 广义环面码在扭曲环面上的量子纠错应用
标题: Generalized toric codes on twisted tori for quantum error correction
摘要: Kitaev toric码被广泛认为是容错量子计算纠错领域中最领先的候选者之一。然而,直接增加其逻辑维度的方法,例如格子手术或引入穿孔,往往会导致不可接受的资源开销。在这项工作中,我们引入了一种基于环论的方法,用于高效分析二维拓扑CSS码,从而能够在扭环上探索具有更大逻辑维度的广义toric码。利用Gröbner基,我们将稳定子伴随简化,以高效识别任意子激发及其几何周期性,即使是在扭曲周期边界条件下也能实现。由于码的性质由任意子决定,这种方法使我们能够直接计算逻辑维度,而无需构建大型奇偶校验矩阵。我们的方法为寻找新的量子纠错码以及通过Laurent多项式环展示其潜在拓扑秩序提供了一个统一的方法。此框架自然适用于双变量自行车码。 例如,我们在扭曲环面上构造了参数为$[[ n, k, d ]]$的最优权值-6广义环面码$n \leq 400$,得到了诸如$[[120,8,12]]$、$[[186,10,14]]$、$[[210,10,16]]$、$[[248, 10, 18]]$、$[[254, 14, 16]]$、$[[294, 10, 20]]$、$[[310, 10, \leq 22]]$和$[[340, 16, 18]]$等新码。 此外,我们通过在由基矢量 $(0,30)$ 和 $(6,6)$ 定义的扭环面上使用 $(3,3)$-双变量自行车码,提出了一种新的 $[[360, 12, \leq 24]]$ 量子码实现方法,相对于之前的构造,提高了稳定子的局域性。 这些结果凸显了拓扑有序性视角在推进量子低密度奇偶校验(LDPC)码的设计和理论理解方面的力量。
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