Entanglement distillation is a well-studied problem in quantum information, where one typically starts with $n$ noisy Bell pairs and distills $k$ Bell pairs of higher fidelity. While distilling Bell pairs is the canonical setting, it is important to study the distillation of multipartite entangled states because these can be useful for realizing distributed algorithms on quantum networks. In this paper, we study the distillation of GHZ states using quantum error correcting codes (QECCs). Using the stabilizer formalism, we begin by explaining the QECC-based Bell pair distillation protocol in arXiv:0708.3699, which relies particularly on the transpose symmetry between Alice's and Bob's qubits in Bell states. Extending this idea, we show that, given $n$ GHZ states, performing a matrix on Alice's qubits is equivalent to performing a "stretched" version of the transpose of the matrix on the qubits of Bob and Charlie. We call this mapping to the stretched version of the matrix the GHZ-map, and show that it is an algebra homomorphism. Using this property, we show that Alice projecting her qubits onto an $[[n,k]]$ stabilizer code implies the simultaneous projection of Bob's and Charlie's qubits onto an induced $[[2n,k]]$ stabilizer code. Guided by this insight, we develop a GHZ distillation protocol based on local operations and classical communication that uses any stabilizer code. Inspired by stabilizer measurements on GHZ states, we also develop a new algorithm to generate logical Pauli operators of any stabilizer code and use it in the protocol. Since quantum codes with finite rate and almost linear minimum distance have recently been discovered, this paper paves the way for high-rate high-output-fidelity GHZ distillation. We provide simulation results on the $5$-qubit perfect code to emphasize the importance of the placement of a certain local Clifford operation in the protocol.


翻译:粘结蒸馏是量子信息中一个研究周密的问题, 在这种信息中, 我们研究GHZ国家的蒸馏过程, 使用量子错误校正代码( QECCs) 。 使用稳定剂形式, 我们首先解释基于 QECC 的 Bell 蒸馏协议, 使用 arxiv: 0708.3699, 尤其依靠 Alice 和 Bob 在 Bell 州 的分子环境, 研究多部分纠缠状态的蒸馏过程, 因为这可以有助于在量子网络上实现分布式算法。 在本文中, 我们用量子错误校的代码来进行“ 递增” 。 我们使用 以 QECC 基流存储为基调, 使用 ASBR 的分子稳定度运行方式, 我们用 ASBAR 协议中的一种数据来显示, 我们用 ASBAR 的直流数据模型来显示, 我们用 AS AS AL AS AS AS 数据 格式来显示, 我们用 AS AS AS AS ASl ASl ASl 。

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