Entanglement-assisted fault-tolerant encoding and decoding for qudit stabilizer codes

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作者
Abhi Kumar Sharma,Shayan Srinivasa Garani
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (6)
标识
DOI:10.1103/physreva.110.062424
摘要

We propose fault-tolerant quantum encoders for Calderbank-Shor-Steane (CSS) and non-CSS codes over qudits by utilizing g-partite maximally entangled states. The qudits are grouped into g contiguous blocks such that entangled states are shared across the blocks, and multiqudit gates are applied locally to restrict the error propagation within each block. We also propose a transversal fault-tolerant block decoder to decode the blocks individually and recover the complete encoded quantum information. The optimum value of g to obtain an improvement in the probability of error propagation of the proposed encoders against non-fault-tolerant schemes is analytically determined for application in the encoding circuit. The proposed fault-tolerant scheme with entanglement assistance scales linearly with the number of g-partite entangled states and overcomes the limitations of diminishing coding rates for higher levels of concatenation within the concatenated coding scheme. We validate the proposed ideas by constructing fault-tolerant encoding circuits for the non-CSS [[5,1,3]]3 code and the [[7,1,3]]3 CSS code through illustrative examples. We reduced the probability of error propagation from 0.248 to 0.212 for the [[5,1,3]]3 code and from 0.207 to 0.174 for the [[7,1,3]]3 code. For example, over [[100,70]]2 quantum code without any fault tolerance, using three-partite entangled pairs, one can get two orders of improvement (1e-2) in the probability of error propagation compared to the non-fault-tolerant encoder by encoding over 190 physical qubits with the same number of stabilizers. locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon locked icon Physics Subject Headings (PhySH)Quantum circuitsQuantum error correction
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