Quantum error correction has recently been shown to benefit greatly from specific physical encodings of the code qubits. In particular, several researchers have considered the individual code qubits being encoded with the continuous variable GottesmanKitaev-Preskill (GKP) code, and then imposed an outer discrete-variable code such as the surface code on these GKP qubits. Under such a concatenation scheme, the analog information from the inner GKP error correction improves the noise threshold of the outer code. However, the surface code has vanishing rate and demands a lot of resources with growing distance. In this work, we concatenate the GKP code with generic quantum low-density parity-check (QLDPC) codes and demonstrate a natural way to exploit the GKP analog information in iterative decoding algorithms. We first show the noise thresholds for two lifted product QLDPC code families, and then show the improvements of noise thresholds when the iterative decoder - a hardware-friendly min-sum algorithm (MSA) - utilizes the GKP analog information. We also show that, when the GKP analog information is combined with a sequential update schedule for MSA, the scheme surpasses the well-known CSS Hamming bound for these code families. Furthermore, we observe that the GKP analog information helps the iterative decoder in escaping harmful trapping sets in the Tanner graph of the QLDPC code, thereby eliminating or significantly lowering the error floor of the logical error rate curves. Finally, we discuss new fundamental and practical questions that arise from this work on channel capacity under GKP analog information, and on improving decoder design and analysis.
翻译:Quantum 错误校正最近被显示从代码 qubit 的具体物理编码中大大受益。 特别是, 几位研究人员认为, 单个代码qubit 与连续的变量 GottesmanKitaev- Prestaev (GKP) 代码编码相配, 然后在这些 GKP qubit 上实施了一个外部离散可变代码, 如这些 GKP 的表面代码。 在这种组合方案下, 内部 GKP 错误校正的模拟信息改进了外部代码的噪音阈值。 然而, 表面代码已经消失, 需要大量资源, 且距离越来越远。 在这项工作中, 我们把 GKP 代码与通用量低密度对等( QLDPC ) 代码相配, 并展示一种自然的方式, 利用 GKP 模拟产品 QLPC 代码的两个组的噪音阈值阈值阈值阈值阈值阈值, 然后用GKP IM 的底值 校正运算法, 也显示, 我们的CLOral 校正 校正 校正 校正 校正 的校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 度 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校正 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校 校