Divisible codes are defined by the property that codeword weights share a common divisor greater than one. They are used to design signals for communications and sensing, and this paper explores how they can be used to protect quantum information as it is transformed by logical gates. Given a CSS code $\mathcal{C}$, we derive conditions that are both necessary and sufficient for a transversal diagonal physical operator $U_Z$ to preserve $\mathcal{C}$ and induce $U_L$. The group of $Z$-stabilizers in a CSS code $\mathcal{C}$ is determined by the dual of a classical $[n, k_1]$ binary code $\mathcal{C}_1$, and the group of $X$-stabilizers is determined by a classical $[n, k_2]$ binary code $\mathcal{C}_2$ that is contained in $\mathcal{C}_1$. The requirement that a diagonal physical operator $U_Z$ fixes a CSS code $\mathcal{C}$ leads to constraints on the congruence of weights in cosets of $\mathcal{C}_2$. These constraints are a perfect fit to divisible codes, and represent an opportunity to take advantage of the extensive literature on classical codes with two or three weights. We construct new families of CSS codes using cosets of the first order Reed Muller code defined by quadratic forms. We provide a simple alternative to the standard method of deriving the coset weight distributions (based on Dickson normal form) that may be of independent interest. Finally, we develop an approach to circumventing the Eastin-Knill Theorem which states that no QECC can implement a universal set of logical gates through transversal gates alone. The essential idea is to design stabilizer codes in layers, with $N_1$ inner qubits and $N_2$ outer qubits, and to assemble a universal set of fault tolerant gates on the inner qubits.


翻译:代码权重用于设计通信和感测信号, 而本文探索如何使用它们来保护由逻辑门转换的量子信息。 根据 CSS 代码$\mathcal{C}$, 我们得出对于跨双向二进制物理操作员来说既必要又足够的条件 $U%美元 美元, 以保存$\mathcal{C}$, 并产生 $_L$。 在 CSS 代码 $mathcrial 中, 用于设计 commodicial dabilations 。 在 CSS 代码 中, 以 commodicial2 code 来定义一个硬化的硬化硬化硬化硬化器 。 在 CS codicial2 代码中, 确定一个硬化的硬化硬化硬化硬化硬化器 。 在 CAS 代码中, 硬化硬化的硬化硬化硬化硬化硬化硬化的硬化的硬化硬化的硬化硬化硬化硬化硬化的硬化的硬化硬化的硬化硬化硬体 。

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