Quantum low-density parity-check (LDPC) codes are an important class of quantum error correcting codes. In such codes, each qubit only affects a constant number of syndrome bits, and each syndrome bit only relies on some constant number of qubits. Constructing quantum LDPC codes is challenging. It is an open problem to understand if there exist good quantum LDPC codes, i.e. with constant rate and relative distance. Furthermore, techniques to perform fault-tolerant gates are poorly understood. We present a unified way to address these problems. Our main results are a) a bound on the distance, b) a bound on the code dimension and c) limitations on certain fault-tolerant gates that can be applied to quantum LDPC codes. All three of these bounds are cast as a function of the graph separator of the connectivity graph representation of the quantum code. We find that unless the connectivity graph contains an expander, the code is severely limited. This implies a necessary, but not sufficient, condition to construct good codes. This is the first bound that studies the limitations of quantum LDPC codes that does not rely on locality. As an application, we present novel bounds on quantum LDPC codes associated with local graphs in $D$-dimensional hyperbolic space.


翻译:量子密度低对等检查( LDPC) 代码是一个重要的量子差错校正代码类别。 在这样的代码中, 每一个 Qubit 只影响一个常数综合点位数, 每个综合点只依赖某些常数qubit 。 构建量子 LDPC 代码具有挑战性。 构建量子 LDPC 代码是一个开放的问题, 无法理解是否有好的量子量子 LDPC 代码, 即有恒定速率和相对距离。 此外, 执行防错门的技术不易被理解。 我们为解决这些问题提供了一个统一的方法。 我们的主要结果是 (a) 受距离约束, b) 受代码维度约束, c) 受某些可适用于 量子 LDPC 代码的防错门的限制。 所有这些边框都是量码的图形分隔符。 我们发现, 除非连接图包含一个扩张器, 代码是严重限制的。 这意味着建立良好代码的必要条件, 但不够充分。 这是第一次受约束的是研究量子 LDP 代码的限度, 它不依赖于本地基度 度 度 度 数据 。

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