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基于SU(d)不可约表示的量子比特(qudit)量子纠错码

Qudit-based quantum error-correcting codes from irreducible representations of SU(d)

Robert Frederik Uy, Dorian A. Gangloff

AI总结:

本文利用SU(d)不可约表示、Weyl特征标公式及置换与Heisenberg-Weyl对称性,提出构造qudit纠错码的通用方法,并给出将1个逻辑qudit编码到(d-1)^2个物理qudit的无限码类。

摘要:

量子比特(qudit)自然对应于多能级量子系统,为量子信息处理提供了一条高效途径,但其可靠性依赖于量子纠错能力。本文针对任意奇数 d≥3,提出了一种通过 SU(d) 的不可约表示构造纠错 qudit 码的通用方法。利用 Weyl 特征标公式和特征标内积,我们推导出相关的分支规则,并据此识别出包含有效码空间的物理 Hilbert 空间。随后,我们讨论了如何利用两种形式的置换不变性以及 su(d) 的 Heisenberg-Weyl 对称性来简化纠错码的构造。最后,我们使用该方法构造了一类无限纠错码,将一个逻辑 qudit 编码到 (d-1)^2 个物理 qudit 中。

英文摘要:

Qudits naturally correspond to multi-level quantum systems, which offer an efficient route towards quantum information processing, but their reliability is contingent upon quantum error correction capabilities. In this paper, we present a general procedure for constructing error-correcting qudit codes through the irreducible representations of $\mathrm{SU}(d)$ for any odd integer $d \geq 3.$ Using the Weyl character formula and inner product of characters, we deduce the relevant branching rules, through which we identify the physical Hilbert spaces that contain valid code spaces. We then discuss how two forms of permutation invariance and the Heisenberg-Weyl symmetry of $\mathfrak{su}(d)$ can be exploited to simplify the construction of error-correcting codes. Finally, we use our procedure to construct an infinite class of error-correcting codes encoding a logical qudit into $(d-1)^2$ physical qudits.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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