广义自行车码作为循环子模及其自同构结构

量子码的自同构(若存在)提供了一条通过量子比特重标号实现容错门操作的途径。尽管有用,但给定码中自同构出现的条件仍未被充分理解。本文开发了一个代数框架,用于系统地分析和设计广义自行车(GB)码中的自同构。该方法的核心理念是推导多项式环空间、校验矩阵空间和 \(\mathbb{F}_2^{2\ell}\) 量子比特空间之间的三空间依赖关系,这与经典循环码研究中发现的结构类似。通过将GB码表示为 \(R_\ell^2\) 的一对循环子模(其中 \(R_\ell \cong \mathbb{F}_2[x]/\langle x^\ell-1\rangle\)),该团队将码自同构的搜索简化为一个确定性代数问题,推导出由循环移位、环自同构和块交换构建的块可分自同构存在的充要条件。该研究将这些条件与折叠横向门框架联系起来,为 \(H\) 型、\(S\) 型和 \(CX\) 型折叠横向门的存在性提供了明确判据。进一步地,研究人员讨论了逻辑算子的结构化基,以确定给定自同构的逻辑作用。最后,该工作引入了最大立方根(MCR)码族——一个围绕最大化自同构灵活性和折叠CX门原则构建的GB码族。该团队展示了一组 \(k=2\) 的MCR码(最高距离 \(d=13\)),可通过自同构和折叠横向门生成2量子比特克利福德群,其稳定子权重范围为8至16;以及 \(k>2\) 的MCR码,其自同构至少可实现20种不同的逻辑门。这首次展示了逆向设计:利用这些方法从底层构建具有丰富自同构结构的码。
作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-06-03 16:05

量科快讯