답변:
다음은 단일 오류 수정 ( 즉, 거리 3) 양자 오류 수정 코드가 5 큐 비트 이상 이라는 증거입니다 . 실제로, 임의 사이즈의 qudits이 일반화된다 , 및 양자에 대한 오류 정정 사이즈의 하나 이상의 보호기 qudits .
( Felix Huber가 지적한 바와 같이 , 최소 5 큐 비트가 필요하다는 원래의 증거는 Knill-Laflamme 기사 [ arXiv : quant-ph / 9604034 ] 때문입니다. 다음은 Knill-Laflamme 조건을 설명합니다. 다음은 증명 기술입니다. 요즘 더 일반적으로 사용됩니다.)
수정할 수있는 모든 양자 오류 정정 코드 알 수없는 오류도까지 교정 할 수 (우리는 단순히 몇 가지 큐 비트를 잃을 경우, 또는 완전히 소극, 또는 유사한된다) 삭제 오류 삭제 된 큐 비트의 위치를 알고있는 경우. [1 초. III A] *. 약간 더 일반적으로, 거리 의 양자 에러 정정 코드는 소거 에러를 허용 할 수있다 . 예를 들어 코드는 본질적으로 오류가 발생했다는 것을 알 수 있지만 어떤 유형의 오류가 발생했는지 알 수 없으므로 동일한 코드가 단일 삭제 오류로부터 보호 할 수 있기 때문에 본질적으로 오류를 전혀 수정할 수 없습니다 가설을 통해이 경우 오류가 발생하는 위치를 정확하게 알 수 있습니다.
하나의 Pauli 오류를 허용 할 수있는 모든 양자 오류 수정 코드는 두 qubits의 손실을 복구 할 수 있습니다. 이제 : 큐 비트 의 양자 오류 수정 코드가 있고 단일 큐 비트 오류에 대해 하나의 큐 비트를 인코딩 한다고 가정 합니다. Alice 에게 쿼 비트를, Bob에 쿼 비트를 제공한다고 가정하면 Alice가 원래 인코딩 된 상태를 복구 할 수 있어야합니다. 경우 다음 , 그래서 밥해야 또한원래의 인코딩 된 상태를 복구하여 Alice 상태의 복제본을 얻을 수 있습니다. 이것은 복제없는 정리 (No Cloning Theorem)에 의해 배제 되었기 때문에, 대신에 우리는 를 가져야 합니다.
* 내가 찾은 가장 빠른 참조는
[1] 그라스, 베스, 펠리짜리.
양자 소거 채널을위한 코드 .
물리. 개정 A 56 (pp. 33–38), 1997.
[ arXiv : quant-ph / 9610042 ]
— Knill-Laflamme 조건이 [ arXiv : quant-ph / 9604034 ]에 설명 된 후 그리 멀지 않아 코드 거리와 삭제 오류 간의 연결에 대한 원래의 증거가있을 수 있습니다. 개요는 다음과 같으며 거리 의 오류 수정 코드에 적용됩니다 (일반화 된 Pauli 연산자를 사용하여 큐 비트 대신 모든 차원의 큐에 동일하게 적용됨).
큐 비트 의 손실은 큐빗이 완전히 탈분극 화되는 채널에 의해 모델링 될 수 있으며, 그 큐비 트는 균일하게 임의의 파울리 에러에 노출되는 큐 비트에 의해 모델링 될 수있다.
이 큐 비트 의 위치를 알 수 없으면 치명적입니다. 그러나 위치가 알려져 있기 때문에, Knill-Laflamme 조건에 호소하여 qubits의 모든 쌍 Pauli 오류를 구별 할 수 있습니다.
따라서 지워진 큐 비트를 최대 혼합 상태의 큐 비트로 대체하고 해당 큐 비트 에 대해 Pauli 오류를 테스트함으로써 (임의의 Pauli 오류를 수정하는 데 사용하는 것과는 다른 수정 절차가 필요합니다.) 원래 상태.
우리가 쉽게 증명할 수있는 것은 더 작은 비 퇴화 코드 가 없다는 것 입니다.
비 생성 코드에서는 큐 비트의 2 가지 논리적 상태를 가져야하며 각 논리적 상태를 매핑하려면 가능한 각 오류에 대해 고유 한 상태를 가져야합니다. 그래서,하자 당신이 두 개의 논리 상태로, 5 큐 비트 코드를했다라고 및 . 가능한 단일 큐 비트 오류 세트는 , 그리고 그것은 모든 주
이 인수를 일반적으로 적용하면
다른 답변을 보완하기 위해, 양자 비 변성 오류 수정 코드에 대한 일반적인 양자 해밍 경계를 추가 할 것입니다. 이러한 경계의 수학적 공식은
그러나, 퇴행성 (degeneracy)은 전송 된 코드 워드에 영향을 줄 수있는 에러들 사이에 등가의 클래스가 있다는 것을 암시하는 양자 에러 정정 코드의 속성이다. 이는 동일한 신드롬을 공유하면서 전송 된 코드 워드에 영향을 미치는 오류가 있음을 의미합니다. 이는 동일한 복구 작업을 통해 이러한 퇴화 오류 클래스가 수정되므로 예상되는 더 많은 오류를 수정할 수 있습니다. 이것이 파티션보다 더 많은 에러가 이런 식으로 정정 될 수 있기 때문에 양자 해밍 바운드가이 퇴행성 에러 정정 코드를 보유하는지 여부가 알려지지 않은 이유입니다. 양자 해밍 바운드 위반에 대한 정보는 이 질문 을 참조하십시오 .
가장 빠른 참조에 짧은 설명을 추가하고 싶었습니다. 나는 이것이 5.2의 섹션에서 이미 조금 일찍 보여 졌다고 믿는다.
A Theory of Quantum Error-Correcting Codes
Emanuel Knill, Raymond Laflamme
https://arxiv.org/abs/quant-ph/9604034
구체적인 결과는 다음과 같습니다.
정리 5.1. ㅏ 오류 수정 양자 코드는 만족해야합니다 .
여기 코드는 차원 부분 공간으로 차원 시스템; 이것은시스템이 큐 비트의 텐서 제품으로 분해되고 코드가 무게 오류를 정정 할 수있는 경우 오류 정정 코드 . 특히 -error-correcting code is what we would now describe as an code. Theorem 5.1 then allows us to prove that for and an odd integer , an code must satisfy
(N.B. There is a peculiarity with the dates here: the arxiv submission of above paper is April 1996, a couple of months earlier than Grassl, Beth, and Pellizzari paper submitted in Oct 1996. However, the date below the title in the pdf states a year earlier, April 1995.)
As an alternative proof, I could imagine (but haven't tested yet) that simply solving for a weight distribution that satisfies the Mac-Williams Identities should also suffice. Such a strategy is indeed used
Quantum MacWilliams Identities
Peter Shor, Raymond Laflamme
https://arxiv.org/abs/quant-ph/9610040
to show that no degenerate code on five qubits exists that can correct any single errors.