Quantum error correction codes (QECCs) play a central role both in quantum communications and in quantum computation, given how error-prone quantum technologies are. Practical quantum error correction codes, such as stabilizer codes, are generally structured to suit a specific use, and present rigid code lengths and code rates, limiting their adaptability to changing requirements. This paper shows that it is possible to both construct and decode QECCs that can attain the maximum performance of the finite blocklength regime, for any chosen code length and when the code rate is sufficiently high. A recently proposed strategy for decoding classical codes called GRAND (guessing random additive noise decoding) opened doors to decoding classical random linear codes (RLCs) that perform near the capacity of the finite blocklength regime. By making use of the noise statistics, GRAND is a noise-centric efficient universal decoder for classical codes, providing there is a simple code membership test. These conditions are particularly suitable for quantum systems and therefore the paper extends these concepts to quantum random linear codes (QRLCs), which were known to be possible to construct but whose decoding was not yet feasible. By combining QRLCs and a newly proposed quantum GRAND, this paper shows that decoding versatile quantum error correction is possible, allowing for QECCs that are simple to adapt on the fly to changing conditions. The paper starts by assessing the minimum number of gates in the coding circuit needed to reach the QRLCs' asymptotic performance, and subsequently proposes a quantum GRAND algorithm that makes use of quantum noise statistics, not only to build an adaptive code membership test, but also to efficiently implement syndrome decoding.


翻译:量子错误校正代码(QECCs)在量子通信和量子计算中都发挥着核心作用,因为考虑到容易出错的量子技术。实际量子错误校正代码(如稳定器代码)通常结构上适合特定用途,并提出了严格的代码长度和代码率,将其适应性限于不断变化的要求。本文表明,既可以构建和解码QECC(QECCs),可以实现有限轮廓制度的最大性能,任何选择的代码长度和代码率都足够高。最近提出的一种解码古典代码(GRAND(猜测随机添加的噪声解码)战略(GRAND)打开了门,可以解码典型随机随机线性线性代码(RLCs),而稳定码代码(RLCs)的解码码代码(RLCs)的解码代码(RLCs)一般,通过使用噪音统计,GRCs(GRC)的最小性能度测试,使得解码值的解码值的运行成为可能。

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