“若只保护编码子空间中的一个张量因子,子系统码把标量重叠条件改为逻辑恒等乘规范算子;规范态可改变,但逻辑系统及其参考关联必须保留。这不是把普通条件放宽到某一个选定码向量。”
形式陈述
以下空间均为有限维,逻辑与规范因子非零。子系统码不要求恢复整个码子空间里的每一个自由度,而是指定
其中
令
这把普通Knill–Laflamme条件中的标量放宽为规范系统上的算子。当
在Pauli子系统码中,用可能不对易的规范群
直觉
设想把一本重要文稿和一叠草稿放进同一个编码系统。恢复任务可以要求文稿完整,却允许草稿被改写。子系统码就是把“哪些信息一定要保住”写进张量结构,而不是强迫全部编码自由度都保持不变。
好处可能是检查更简单:可以先测量几个低重量、彼此不全部对易的规范可观察量,再从某些对易组的乘积读出稳定子。测量扰动落在规范因子中,逻辑因子仍受保护。
右图黑点同时承载逻辑
例子与边界
九qubit的规范生成元
把qubit标为
每类有6个生成元。与原始文献 [2] 的水平/竖直记法相比,可通过交换行列得到同一结构。
某些规范生成元反对易。例如
中心里的四条稳定子
取每个相邻列对上的三个水平规范检查之积,以及每个相邻行对上的三个竖直规范检查之积:
每条重量6。任意
为什么中心没有更多独立二元生成元?每行的水平
商去中心后,剩余8个独立Pauli方向可配成4组反对易对,所以有4个规范qubit。稳定子子空间总共包含
逻辑算子怎样避开规范扰动
取
整列
例如在码空间上施
更一般地,对Pauli错误,综合为零但属于规范群的操作在逻辑上平凡;综合为零且不属于规范群的操作才可能是带规范作用的逻辑错误。这与普通稳定子码只商去稳定子的判定不同。
推论与应用
怎样测量不全部对易的规范检查
先测量全部水平
第二组测量可能改变第一组某些单独规范检查的本征值,却不会改变已经读出的中心稳定子本征值,因为每个规范生成元都与中心对易。因此不应把前后两组的全部12个单独读数,当成同一时刻同时存在的固定状态描述。
理想规范测量在码子空间上形如
式(1)为何是合理的恢复条件
对逻辑基
噪声可以通过这些重叠了解规范状态,却无法区分逻辑基,也不能把不同逻辑标签混在同一错误像里。把“误差编号、规范编号”合并成辅助指标,用谱定理对其重叠矩阵对角化,可构造一个恢复等距映射:把共同的误差/规范结构搬到辅助系统,而把逻辑指标
要求适用于所有规范态很重要。只对某一个固定规范初态验证普通子空间条件,并不能自动保证规范被前一轮测量改变后还能继续使用同一恢复接口。
参考资料
- [1] David W. Kribs, Raymond Laflamme, David Poulin and Maia Lesosky, Operator Quantum Error Correction, 2005,Definition 3.1、Theorem 3.5:保护张量因子的纠错定义与矩阵单位条件;本页交换因子顺序后写成式 (1)。
- [2] Dave Bacon, Operator Quantum Error Correcting Subsystems for Self-Correcting Quantum Memories, 2005,§IV.A–B:格点Pauli群、中心稳定子、规范与逻辑张量分解。