《美国国家科学院院刊》报道我校关于纠缠辅助级联量子码研究新进展

2022-06-14来源:电光学院、网安学院作者:李骏审核人:徐峰编辑:曹佳音阅读:10

近日,我校电子工程与光电技术学院李骏教授课题组以及网络空间安全学院周永彬教授课题组,联合富士康量子计算研究所所长Min-Hsiu Hsieh研究员以及美国普林斯顿大学H. Vincent Poor教授在国际著名综合类期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》(PNAS)上在线发表了题为《Entanglement-Assisted Concatenated Quantum Codes》的研究论文,南京理工大学为第一完成单位和通讯单位。文章链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2202235119,论文第一作者为樊继豪,通信作者为李骏与H. Vincent Poor。《美国国家科学院院刊》是与NatureScience齐名,被引用次数最多的综合类学科文献之一,是世界上最负盛名的基础科学领域的学术期刊之一。

经典级联码是一类非常著名的信道编码方案,于1965年由美国麻省理工学院编码学家G. David Forney院士提出,被广泛应用于美国NASA旅行者号火星探测项目信号传输、光盘存储(CD)、第二代-第四代移动通信系统(2G-4G)等。量子纠错技术是未来量子通信与容错量子计算得以实现的重要保证,尤其是谷歌成功实现量子优越性之后,下一步量子计算机研究的关键问题则是如何执行量子纠错。级联量子码作为经典级联码在量子计算模型下的新扩展,被视为制造通用量子计算机的关键技术方案之一。

本项工作提出了纠缠辅助级联量子码构造的新方法,受化学反应中催化剂反应原理的启发,创造性地将催化量子比特(Catalytic Qubits)这一重要概念引入级联量子码的构造中,提出了纠缠辅助级联量子码的构造新方案。


本文所构造的纠缠辅助级联量子码成功突破了传统编码理论的极限,构造出百余例超越已知最优结果的全新纠缠辅助级联量子码,特别地,构造了一系列消耗极少纠缠量(1个或者2个)的催化量子纠错码,这在未来量子通信与容错量子存储中具有重要的潜在应用价值。纠缠保真度数值计算表明,当催化量子比特错误率为普通量子比特错误率1%时,新构造出的纠缠辅助量子级联码的容错阈值高达47%。李骏与樊继豪受中国科学院理论物理研究所邀请,于202267日在物理所举办的通用量子计算与信息理论研讨会上,对该论文成果做40分钟大会报告。

上述工作得到了国家自然科学基金青年基金(No. 61802175)与美国国家科学基金(No. CCF-1908308)的支持。