Efficient decoding up to a constant fraction of the code length for asymptotically good quantum codes
介绍并分析了一种能纠正线性权值对抗性错误的量子Tanner码的有效译码器。以前的量子低密度奇偶校验码解码器只能处理权值为$O(\sqrt{n \log n})$的对抗性错误。我们还研究了量子Tanner码和Panteleev和Kalachev的提升乘积码之间的联系,并表明我们的解码器可以适应后者。解码算法在顺序和并行过程之间交替,并且在线性时间内收敛。
2022-10-25 cs.CC cs.IT math.IT
Moderate-length lifted quantum Tanner codes
本文介绍基于二维几何复形覆盖图与循环/双循环线性码张量积局部码的新量子坦纳码家族,利用细胞同调转移同态分析其参数界,提出中等长度、低校验权重且距离超码长平方根的退化码实例(如[[96,2,12]]码)。
2025-11-17 cs.IT math.CO math.IT
Recursive expansion of Tanner graph: a method to construct stabilizer codes with high coding rate
针对量子稳定子码编码率低的问题,本文基于递归扩展Tanner图思路提出XZ-TGRE和TGRE-HP两种高编码率稳定子码,验证了其码距和噪声阈值性能,证明该思路在构造高性能量子码方面有潜力。
2024-04-12 quant-ph
LEAD: A Local Ensemble-Assisted Parallel Decoding Framework for Quantum Tanner Codes
State key laboratory of Integrated Services Networks and school of telecommunication engineering, Xidian University(西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室和电信工程学院);Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院理论物理研究所)
本文提出LEAD框架,通过利用Cayley复形的可分解结构,将全局码投影到由顶点邻域定义的重叠局部子码上,并通过并行估计误差概率,从而实现低复杂度且兼容多种局部搜索启发式的高效解码。
2026-05-18 quant-ph
Single-shot decoding of good quantum LDPC codes
本文证明量子Tanner码支持对抗性噪声下的单次量子纠错,串行与并行解码算法均适用,多轮纠错每轮仅需恒定时间解码,结合优良参数使其在量子容错协议中颇具潜力。
2024-04-11 cs.IT math.IT quant-ph
Lifting a CSS code via its handlebody realization
该研究提出利用CSS码的把柄体实现来完成码提升的拓扑方法,论证了该方法与Tanner锥复形提升法本质等价,并将其应用于超图乘积码的提升分类。
2025-05-20 cs.IT math.IT quant-ph
Lifts of quantum CSS codes
受几何构造启发,本文提出量子CSS码的提升概念,基于Tanner锥复形生成覆盖空间,并应用于超图乘积码分类及构造具有改善相对参数的新型非乘积量子码。
2024-04-25 cs.IT math.IT quant-ph
A Highly Accurate Fast Decoding Framework for QLDPC codes Accelerated by Noise Perturbation and Ensemble Decoding
Indian Institute of Science Education and Research Bhopal(印度科学教育研究所博帕尔分校)
针对量子纠错码拓扑限制解码算法性能的问题,提出噪声辅助集成解码框架,通过构建Tanner森林并结合综合软信息实现高精度解码,解码速度较现有方案提升数个数量级。
2026-08-11 quant-ph
Using Tanner Spectral Reduction to Improve Multi-Layer Optical Lattice Routing for Hypergraph-Product and Bivariate Bicycle qLDPC Codes
University of Georgia(佐治亚大学)
研究超图积等码的 Tanner 图频谱,用频谱约简等方法改进多层光晶格路由,构成多层三维 AOL 路由协议,减少路由深度和步数,相比单层 AOD 基线有显著优势,为未来量子硬件路由改进提供途径。
2026-07-08 cs.DS quant-ph
Quantum Tanner Codes at Moderate Blocklength
Manning College of Information and Computer Sciences, University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校曼宁信息与计算机科学学院);Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院电子研究实验室);Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院电气与计算机工程系);Department of Physics, University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校物理系)
该研究通过两种互补方法构造中等码长的量子Tanner码,得到多个距离上界超20的新码实例,其伪阈值与短码长结果相当,还提供了相关开源Julia库。
2026-08-14 quant-ph
Constant-overhead quantum error correction with thin planar connectivity
量子LDPC码可以提供构建低开销容错量子计算机的路径。然而,由于一般的LDPC码缺乏几何约束,简单的布局将许多遥远的量子位与交叉连接耦合,这可能难以在硬件中构建,并可能导致性能下降的串扰。我们提出了一种量子LDPC码的二维布局,通过将它们的Tanner图分解成少量的平面层。每一层都包含不交叉的远程连接。对于具有度- $δ$ Tanner图的任何CSS代码,我们设计具有最多$(2δ+2)$深度的稳定器测量电路,使用最多$\lceil δ/2 \rceil$层。我们观察到的电路噪声阈值为0.28\%的正速率代码的家庭使用49个物理量子比特每逻辑量子比特。对于$10^{-4}$的物理错误率,该系列使用比表面码少十四倍的物理量子位来达到$10^{-15}$的逻辑错误率。
2021-09-29 cs.IT math.IT quant-ph
Streaming Belief Propagation on Mixed-Alphabet Tanner Graphs for Practical Quantum Memory
Yuan Ze University(元智大学);National Yang Ming Chiao Tung University(国立阳明交通大学)
针对电路级噪声下连续量子纠错的需求,本文提出SM-BP解码器,通过混合字母时空Tanner图、自适应滑动窗口和概率错误合并技术,在多种拓扑码上实现高错误阈值与优异性能,提供实用解码框架。
2026-09-04 quant-ph
Bias-Aware BP Decoding of Quantum Codes via Directional Degeneracy
University of New South Wales (UNSW)(新南威尔士大学)
本文提出了一种基于方向退化性的量子码信念传播解码方法,通过引入方向权重和偏置参数,有效提升硬件感知解码性能。
2026-01-12 cs.IT math.IT quant-ph
High-Girth Regular Quantum LDPC Codes from Square-Base Hypergraph Products via CPM Lifts
Institute of Science Tokyo(东京科学大学)
本文研究了平方基Calderbank-Shor-Steane超图乘积码作为有限长度正则高圈长量子低密度奇偶校验码的设计。通过给出小列权基矩阵的可检查条件,展示了列权为三和四的显式例子,并分析了循环置换矩阵提升的影响。
2026-09-14 cs.IT math.IT quant-ph
Turbo-Annihilation of Hook Errors in Stabilizer Measurement Circuits
提出一种可扩展解码框架,通过将钩子故障建模为记忆信道并集成基于网格的软输入软输出均衡器,在保持线性复杂度的同时高效纠正稳定子测量电路中的相关钩子错误。
2025-04-29 quant-ph
An efficient decoder for a linear distance quantum LDPC code
最近的发展表明存在具有恒定速率和线性距离的量子低密度奇偶校验(qLDPC)码。一个自然的问题涉及这些代码的有效可解码性。在本文中,我们提出了一个线性时间解码器最近的量子Tanner码构造的渐近良好的qLDPC码,它可以纠正所有错误的重量块长度的一个常数的分数。我们的解码器是一个迭代算法,搜索恒定大小的区域内的校正。在每一步中,通过减少本地定义的和有效地计算的成本函数,作为剩余误差的权重的代理,找到校正。
2022-06-14 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Maxwell Erasure Decoder for qLDPC codes
Inria Paris(巴黎国家信息与自动化研究所);Pasqal(帕斯卡尔)
本文提出了一种量子马克斯韦擦除解码器,用于改进qLDPC码的解码性能,通过有限猜测策略实现复杂度与性能的平衡。
2026-01-15 cs.IT math.IT quant-ph
Disassembling qLDPC codes for depth-optimal parity-check circuits
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
该研究针对qLDPC码错配提取电路,利用其Tanner图的边对称性,提出从底层组件而非完整量子码设计电路的方法,在提升积码、平衡积码和量子Tanner码上分别获得最优或近最优、深度最优的CNOT深度结果。
2026-10-06 quant-ph
Advancing Finite-Length Quantum Error Correction Using Generalized Bicycle Codes
本文研究广义自行车码在有限长度下的量子纠错性能,证明其通过灵活构造和高行权重设计可达到或超越量子Tanner码等主流码族,并兼顾高速率与高效译码。
2025-05-09 cs.IT math.IT quant-ph
Neural Belief Propagation Decoding of Quantum LDPC Codes Using Overcomplete Check Matrices
近年来,量子低密度奇偶校验(QLDPC)码的成功构造使得这类码成为量子计算中纠错方案的一个很有前途的候选者。然而,由于QLDPC码的Tanner图中不可避免地存在短环以及特殊的简并现象,传统的置信传播(BP)译码不能获得令人满意的性能。在这项工作中,我们提出了解码QLDPC码的基础上的校验矩阵与冗余行,从原始校验矩阵中的行的线性组合生成。这种方法在解码性能方面产生了显著的改进,并且具有非常低的解码延迟的额外优点。此外,我们提出了一种新的神经置信传播译码器的基础上的四元BP译码器的QLDPC码,从而导致进一步的译码性能的改善。
2023-03-21 cs.IT math.IT quant-ph
A Class of Quantum LDPC Codes Constructed From Finite Geometries
低密度奇偶校验(LDPC)码是一类重要的经典码,有着广泛的应用。已经使用随机、代数和有限几何方法构造了几种好的LDPC码,在它们的Tanner图中包含长度至少为6的循环。然而,在不引入长度为4的循环的情况下,不可能设计LDPC码的自正交奇偶校验矩阵。本文基于有限几何中的线和点构造了一类新的量子LDPC码。这些码的奇偶校验矩阵适于自正交,仅包含一个长度为4的循环。此外,这些代码的列和行的重量,和界限上的最小距离。因此,这些代码的编码和解码算法,以及它们的性能在各种量子去极化信道将被研究。
2009-11-11 cs.IT math.IT quant-ph
Sequences of Bivariate Bicycle Codes from Covering Graphs
University of Edinburgh(爱丁堡大学);University College London(伦敦大学学院);Oxford University(牛津大学)
本文提出通过覆盖图生成双变量自行车码的无限序列,证明覆盖码满足简单代数条件,并给出参数界,发现如[[144,12,12]]等有趣例子。
2026-08-07 quant-ph
Wire Codes
School of Physics, University of Sydney(悉尼大学物理学院)
本文提出了一种将任意量子稳定码转换为具有局部相互作用的子系统码的方法,称为线码,适用于各种图结构,实现低开销的量子纠错。
2026-04-17 quant-ph
Quantum CSS LDPC Codes based on Dyadic Matrices for Belief Propagation-based Decoding
Università Politecnica delle Marche(马尔凯理工大学);Karlsruhe Institute of Technology (KIT)(卡尔斯鲁厄理工学院)
本文提出基于双矩阵的构造方法,用于设计量子CSS LDPC码,以满足CAMEL-ensemble四元信念传播解码器的兼容性条件,从而减少环的影响。
2026-01-13 cs.IT math.IT quant-ph
Diffusion Codes: Self-Correction from Small(er)-Set Expansion with Tunable Non-locality
Stanford University(斯坦福大学);University of Oxford(牛津大学)
扩散码通过调节SWAP网络深度实现自校正,具有可调非局部性与扩张/局部性权衡,适用于经典和量子LDPC码。
2026-02-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.IT
Partial Self-Correction in Layer Codes
本研究证明基于优良量子Tanner码的层码在三维中实现部分自校正,存储时间随系统尺寸指数增长,并提出级联匹配解码器以纠正常数比例的误差,使层码成为部分自校正存储器的领先候选。
2025-10-10 cond-mat.str-el quant-ph
Automorphism Ensemble Decoding of Quantum LDPC Codes
提出名为 AutDEC 的快速准确量子纠错码解码器,利用自同构群与并行置信传播解码器集合减轻 Tanner 图短环影响,在 QRM 和 BB 码上实现与 BP-OSD-0 相当的准确度且时间开销更低。
2025-03-03 cs.IT math.IT quant-ph
A Joint Code and Belief Propagation Decoder Design for Quantum LDPC Codes
本文针对 QLDPC 码短环损害 BP 译码性能的问题,提出联合编码与译码器设计,利用集成 BP 译码器消除长度 4 短环影响,并基于准循环码和有限几何码构造出最小距离约为分组长度平方根的新码族,在去极化信道上取得优异译码性能。
2024-05-05 cs.IT math.IT quant-ph
Refined Belief-Propagation Decoding of Quantum Codes with Scalar Messages
基于稀疏矩阵的码具有良好的性能,并且可以通过置信传播(BP)进行有效的译码。对二进制稳定器码进行解码需要GF(4)上的(加性)码的四元BP,其与GF(2)上的码的二进制BP相比具有更高的校验节点复杂度。此外,BP解码的稳定器代码遭受性能损失的短周期在底层的坦纳图。本文提出了一种改进的BP算法,通过传递标量信息来实现量子码的译码。对于一个给定的错误综合征,该算法解码到相同的输出作为传统的四进制BP,但与校验节点的复杂度相同的二进制BP。由于每个消息都是标量,因此可以自然地应用消息规范化来提高性能。另一观察结果是消息更新调度影响针对短周期的BP解码性能。我们表明,运行BP与消息规范化根据串行时间表(或其他时间表)可以显着提高解码性能和错误平层在计算机模拟。
2021-02-14 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum message-passing algorithm for optimal and efficient decoding
本文证明 BPQM 对树状 Tanner 图二元线性码实现最优译码,指出其电路指数膨胀缺陷,并提出多项式复杂度的真正量子消息传递近似算法及基于近似克隆的含环因子图扩展。
2024-04-10 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Error Correction with Girth-16 Non-Binary LDPC Codes via Affine Permutation Construction
Institution of Science Tokyo(东京科学大学)
该研究提出一种基于仿射置换矩阵与随机顺序选择程序的构造方法,实现围长16的非二进制LDPC量子纠错码,其错误平层性能优于传统围长12的构造,且低重量码字数量更少、最小距离上界更大。
2026-08-17 cs.IT math.IT quant-ph
Heuristic Search for Minimum-Distance Upper-Bound Witnesses in Quantum APM-LDPC Codes
Institute of Science Tokyo(东京科学大学)
本文研究了通过构造低权非稳定逻辑代表来确定量子APM-LDPC码最小距离上界的方法,利用统一框架和特定结构生成候选,通过排除测试后获得精确上界。
2026-04-16 cs.IT math.IT quant-ph
Small Quantum Codes from Algebraic Extensions of Generalized Bicycle Codes
本文针对小规模量子处理单元,提出基于广义自行车码奇偶校验矩阵代数操作的小型量子LDPC码构造方法,数值表明其性能与同规模表面码相当,并以非局域连通性为代价实现多逻辑量子比特编码。
2024-01-15 cs.IT math.IT quant-ph
Sharp Error-Rate Transitions in Quantum QC-LDPC Codes under Joint BP Decoding
Institute of Science Tokyo(东京科学大学)
该研究发现联合BP译码下非零编码率的量子QC-LDPC码存在类阈值误码率转变,误码平层源于Tanner图的特定子图结构,识别规避该结构或可降低误码平层。
2026-08-17 cs.IT math.IT quant-ph
Refined Belief Propagation Decoding of Sparse-Graph Quantum Codes
由稀疏矩阵构造的量子稳定子码具有良好的性能,并且可以通过置信传播(BP)进行有效译码。传统的BP译码算法将二进制稳定码视为GF(4)上的加法码。该算法对校验节点消息的处理过程相对复杂,译码复杂度较高。此外,稳定器码的BP解码通常由于底层Tanner图中的许多短循环而遭受性能损失。本文提出了一种改进的量子码BP译码算法,其复杂度与二进制BP译码算法大致相同。对于给定的错误综合征,该算法解码为与传统的四元BP相同的输出,但传递的节点到节点消息是单值的,不像四元BP,其中需要多值节点到节点消息。此外,消息强度归一化技术可以自然地应用于这些单值消息以提高性能。另一个观察是消息更新调度影响BP解码对短周期的性能。我们表明,运行BP与消息强度归一化根据串行时间表(或其他时间表),可以显着提高解码性能和错误地板在计算机模拟。
2020-07-22 cs.IT math.IT quant-ph
On the iterative decoding of sparse quantum codes
本文研究了稀疏量子纠错码的译码问题。对于泡利信道,这个任务可以通过用于解码稀疏经典码的置信传播算法的一个版本来完成。然而,量子编码提出了两个新的挑战。首先,他们的Tanner图不可避免地包含小循环,这通常会破坏置信传播的性能。其次,稀疏量子码根据定义是高度简并的。标准的信念传播算法不利用这一功能,而是它受损it.We提出了启发式的方法来改善信念传播解码,专门针对这两个问题。虽然我们的结果显示出明显的改善,由于所提出的启发式方法,他们也表明,在量子编码方案中的错误的主要来源仍然在解码。
2008-07-01 quant-ph
Achieving Thresholds via Standalone Belief Propagation on Surface Codes
German Aerospace Center(德国航空航天中心);Aalto University(阿尔托大学)
本文提出了一种基于独立信念传播的解码器,用于在表面码中实现阈值,其性能接近最小权完美匹配解码器,为可扩展的硬件实现提供了新路径。
2026-09-14 quant-ph
Construction and Decoding of Quantum Margulis Codes
University of Arizona(亚利桑那大学)
本文提出量子马尔古利斯码,一种基于马尔古利斯经典LDPC构造的QLDPC码,通过两块群代数框架构建,利用标准最小和解码器高效解码,避免了误差退化问题,且在误差底区域性能优于BB码。
2026-05-06 cs.IT math.IT quant-ph
Classical product code constructions for quantum Calderbank-Shor-Steane codes
本文提出一种将经典乘积码推广到量子CSS码的新构造,利用分量CSS码生成乘积CSS码,并证明其距离界及元校验可纠正读出错误;SPC三重乘积码在仿真中优于其他同参数码。
2024-07-18 cs.IT math.IT quant-ph
Networked Realization of Quantum LDPC Codes
University of Arizona(亚利桑那大学)
本文研究了量子低密度奇偶校验码的网络化实现,重点分析了双变量自行车码的电路噪声性能及网络化实现与传统实现的对比。
2026-04-27 cs.IT math.IT quant-ph
Growing Sparse Quantum Codes from a Seed
本文提出通过量子乐高形式化中的连接操作,仅从量子重复码出发构造量子LDPC码及稀疏子系统码,并给出渐近饱和距离界的迭代算法,证明基本码块的创造性组合足以生成好的量子码。
2025-07-17 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum Process Realization of LDPC Code Dualities and Product Constructions
Department of Physics, University of California, San Diego(加州大学圣地亚哥分校物理系)
本文通过量子过程实现LDPC码的对偶性和积构造,利用ZX-Calculus图示法和系统算法提取量子电路,揭示经典LDPC码与Tanner图算子代数的关系,建立编码变换、量子电路与量子相变之间的统一框架。
2026-09-29 cond-mat.str-el quant-ph
Placing and routing quantum LDPC codes in multilayer superconducting hardware
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院)
本文提出HAL算法,用于优化量子LDPC码的布局和路由,通过去除周期边界降低硬件复杂度,同时保持逻辑效率,并展示非局部码家族的可行性。
2025-09-13 quant-ph
Determining the upper bound of code distance of quantum stabilizer codes through Monte Carlo method based on fully decoupled belief propagation
本文提出基于完全解耦置信传播的蒙特卡洛算法,高效确定量子稳定子码码距上界,验证其精度并支持XYZ乘积码码距达$O(N^{2/3})$的猜想。
2024-02-09 quant-ph
Lifting Lifted Product Codes
University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Korea Institute for Advanced Study(韩国高等科学研究院)
本文提出基于群扩张和图提升的LP码族系统构造,获更优LP码参数,可转移码手术小工具且开销更低,开发并行乘积手术,为无欧几里得晶格的qLDPC码定义热力学族,相干信息现有限尺寸交叉。
2026-07-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum serial turbo-codes
提出了量子串行Turbo码的理论,描述了其迭代译码算法,并数值研究了其在去极化信道下的性能。我们的建设提供了几个量子LDPC码的优势。首先,用于解码的Tanner图是免费的4-循环,恶化迭代解码的性能。其次,迭代译码器明确地利用了码的简并性。最后,在长度、速率、存储器大小和交织器选择方面,在码设计中有完全的自由。我们定义了一个量子模拟的状态图,提供了一种有效的方法来验证量子卷积码的属性,特别是它的递归性和灾难性错误传播的存在。我们证明了所有的递归量子卷积编码器都具有灾难性的错误传播。在我们的构造中,卷积码因此被选择为非灾难性和非递归的。虽然由此产生的家庭涡轮码有界的最小距离,从实用的角度来看,我们已经模拟的代码的有效最小距离是足够大的,不会降低迭代解码性能到合理的字错误率和块大小。与精心挑选的组成卷积码,我们观察到一个重要的减少字的错误率作为代码长度的增加。
2009-06-10 quant-ph
Constant-rate quantum codes with low-weight stabilizers and full logical Clifford actions via transversal and fold-transversal gates
OptQC Corp.(OptQC公司);RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)(理化学研究所量子计算中心);Department of Applied Physics, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo(东京大学工学研究科应用物理系)
本文构造了一族恒定速率、稳定子权重亚对数增长的量子码,仅用横向和折叠横向门即可实现完整逻辑Clifford群,为低空间开销容错量子计算提供路径。
2026-09-30 quant-ph
High-Girth Regular Quantum LDPC Codes from Affine-Coset Structures
Institute of Science Tokyo(东京科学大学)
本文通过长度为512的Calderbank-Shor-Steane基矩阵对构造量子低密度奇偶校验码,证明其Tanner图为(3,8)正则且girth为8,并通过循环置换矩阵提升得到参数为[[16384,4142,≤40]]的码,实现低误码率解码。
2026-09-14 quant-ph