一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法技术方案

本发明专利技术属于量子通信技术领域，公开了一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法；解决了在长码应用场景下，准循环量子LDPC码纠错性能不佳的问题；本发明专利技术的实现步骤：基于欧式几何构造准循环矩阵HEG；对HEG做处理得到具有偶数个子矩阵的准循环矩阵H；基于H构造准循环量子LDPC码；对H做列稀疏化处理，构造增强型量子码；利用BP算法进行译码。本发明专利技术通过对准循环量子码的校验矩阵做列稀疏化处理，使得在同样码长的情况下获得更好的纠错性能。将其应用场景扩展到长码领域。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法
本专利技术属于量子通信
，尤其涉及一种准循环量子低密度奇偶检验LDPC(low-densityparity-check)码的增强方法。
技术介绍
量子通信和量子计算理论为构建高效、安全的通信系统指明了方向。但是由于退相干现象的存在使得量子态很容易遭到破坏，这成为量子通信必须克服的一个问题。为此，人们提出了量子纠错码理论。其中量子低密度奇偶校验LDPC码是很接近Hash容量限的一类性能优异的差错控制编码，可以提高量子通信系统的可靠性。目前，业内常用的现有技术是：利用经典的准循环低密度奇偶校验LDPC码的校验矩阵和循环矩阵的对易特性构造出两个结构不同且相互正交的稀疏矩阵，并以此为基础构造出准循环量子低密度奇偶校验LDPC码。这类码在很大程度上解决了四元域上的量子码存在很多四环的问题。因此利用置信度传播BP(BeliefPropagation)算法进行译码时纠错性能得到提升。但是对于该类型的码，随着码长的增加，码率快速趋近于一，导致在长码应用场景下由于校验位数目不足使得纠错性能力受限。综上所述，现有技术存在的问题是：对于现有的准循环量子低密度奇偶校验LDPC码，一旦码长确定，码率也会随之确定。在长码应用场景下码率会快速趋近于1，这会导致在译码过程中由于校验位数目不足使得纠错能力下降。所以该类型的量子码只能用于中短码场景。解决上述技术问题的难度和意义：在不违背量子码的构造准则情况下，本专利技术提出一种准循环量子低密度奇偶校验LDPC码的增强方法，通过增加校验位的数目获得更好的纠错性能，将该类型码的应用场景从中短码场景扩展到长码场景。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法。本专利技术是这样实现的，一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法首先利用欧式几何的方法构造一个准循环矩阵，然后基于该矩阵构造两个相互正交的准循环矩阵Hx和Hz；再利用这两个矩阵构造准循环量子LDPC码；最后对Hx和Hz做列稀释处理，构造增强型量子LDPC码。进一步，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法包括以下步骤：(1)设置参数m和q得到GF(q)上的欧式几何EG(m,q)，在该几何空间中除去经过原点的直线，剩余J条直线的关联向量可以划分成t个循环类，每个循环类都是一个大小为N的方阵；以此构造行数为N，列数为t*N的矩阵HEG：HEG＝[H0,H1,…,Ht-1]；其中每个子矩阵Hi都是一个大小为N的循环方阵；(2)对步骤(1)中的HEG做以下处理得到矩阵H，H中循环子矩阵的个数记为n，其中n为偶数：(3)构造准循环量子LDPC码：3a)令Hx＝[H0,H1,…,Hn-1,Hn]，其中Hx用于纠正量子比特的相位错误；3b)令其中Hz用于纠正量子比特的比特错误；3c)构造GF(4)上的准循环量子LDPC码，其校验矩阵为：(4)对步骤(3)中的准循环量子LDPC码做进一步增强：4a)设置增强系数α，满足n是α的偶数倍；4b)对步骤(2)中的H做列稀疏处理得到α个与H等长的准循环矩阵。记为Mi，0≤i＜α；其中Mi的第k(k满足k％α＝i)个子矩阵为H中的第k个子矩阵Hk，其余位置为与Hk大小相等的全零矩阵；4c)构造增强型准循环量子LDPC码：4c1)将步骤4b)中得到的α个矩阵上下级联得到Hx：4c2)对步骤4b)中的α个矩阵做变换。对任意Mi，保持零子矩阵位置不变，对于非零子矩阵，以中心为轴，将位置前后对换，然后再分别做转置运算，得到M′i，将这α个变换后的矩阵上下级联得到Hz：4c3)构造GF(4)上的增强型准循环量子LDPC码，其校验矩阵为：(5)对步骤(3)和步骤(4)中得到的量子码利用置信度传播算法进行译码。进一步，所述步骤(1)中基于欧式几何EG(m,q)，不过原点的直线条数：划分成循环类的个数为：每个循环类的大小为：N＝qm-1。进一步，所述步骤3a)和3b)中得到的Hx和Hz有以下关系：对于循环矩阵Hi和Hj满足HiHj＝HjHi，所以Hx和Hz是正交的，这是构造量子纠错码必须满足的条件；其中HzT表示Hz的转置。进一步，所述步骤4c1)和4c2)中构造的Hx和Hz也是正交的，即：HxHzT＝0；满足构造量子码的条件。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：通过本专利技术的增强方法，在码长固定的情况下，可以灵活的改变码率以增加校验位的数目，从而得到更好的纠错性能；通过设置不同的增强系数以满足不同应用场景下对纠错性能的要求，因此将准循环量子码拓展到长码应用场景，提升了通用性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实施例1的误帧率和误符号率性能仿真图。图3是本专利技术实施例提供的实施例2的误帧率和误符号率性能仿真图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所构造的增强型量子码可用于量子通信，量子容错计算等领域中的差错控制。以实现高码率和低误码率的可靠通信。如图1所示，本专利技术实施例提供的应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法包括以下步骤：S101：用欧式几何的方法构造一个准循环矩阵，基于该矩阵构造两个相互正交的准循环矩阵Hx和Hz；S102：利用Hx和Hz构造CSS类型的准循环量子LDPC码；S103：对Hx和Hz做列稀释处理，构造增强型的量子LDPC码。本专利技术实施例提供的应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法具体包括以下步骤：(1)设置参数m和q得到GF(q)上的欧式几何EG(m,q)，在该几何空间中除去经过原点的直线，剩余J条直线的关联向量可以划分成t个循环类，每个循环类都是一个大小为N的方阵。本专利技术以此构造行数为N，列数为t*N的矩阵HEG：HEG＝[H0,H1,…,Ht-1]；其中每个子矩阵Hi都是一个循环矩阵；(2)对步骤(1)中的HEG做以下处理得到矩阵H，H中循环子矩阵的个数记为n，其中n为偶数：(3)构造准循环量子低密度奇偶校验LDPC码：3a)令Hx＝[H0,H1,…,Hn-1,Hn]，其中Hx用于纠正量子比特的相位错误；3b)令其中Hz用于纠正量子比特的比特错误；3c)构造GF(4)上的准循环量子低密度奇偶校验LDPC码，其校验矩阵为：(4)对步骤(3)中的准循环量子低密度奇偶校验LDPC码做进一步增强：4a)设置增强系数α，满足n是α的偶数倍；4b)对步骤(2)中的H做列稀疏处理得到α个与H等长的准循环矩阵。记为Mi，0≤i＜α；其中Mi的第k(k满足k％α＝i)个子矩阵为H中的第k个子矩阵Hk，其余位置为与Hk大小相等的全零矩阵；4c)构造增强型准循环量子低密度奇偶校验LDPC码：4c1)将步骤4b)中得到的α个矩阵上下级联得到Hx：4c2)对步骤4b)中的α个矩阵做变换。对任意Mi，保持零子矩阵位置不变，对于非零子矩阵，以中心为轴，将位置前后对换，然后再分别做转置运算，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法，其特征在于，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法首先利用欧式几何的方法构造一个准循环矩阵，然后基于该矩阵构造两个相互正交的准循环矩阵Hx和Hz；再利用这两个矩阵构造准循环量子LDPC码；最后对Hx和Hz做列稀释处理，构造增强型的量子LDPC码。

【技术特征摘要】
1.一种应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法，其特征在于，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法首先利用欧式几何的方法构造一个准循环矩阵，然后基于该矩阵构造两个相互正交的准循环矩阵Hx和Hz；再利用这两个矩阵构造准循环量子LDPC码；最后对Hx和Hz做列稀释处理，构造增强型的量子LDPC码。2.如权利要求1所述的应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法，其特征在于，所述应用于量子通信系统的准循环量子LDPC码的增强方法包括以下步骤：(1)设置参数m和q得到GF(q)上的欧式几何EG(m,q)，在该几何空间中除去经过原点的直线，剩余J条直线的关联向量可以划分成t个循环类，每个循环类都是一个大小为N的方阵；以此构造行数为N，列数为t*N的矩阵HEG：HEG＝[H0,H1,...,Ht-1]；其中每个子矩阵Hi都是一个大小为N的循环方阵；(2)对步骤(1)中的HEG做以下处理得到矩阵H，H中循环子矩阵的个数记为n，其中n为偶数：(3)构造准循环量子LDPC码：3a)令Hx＝[H0,H1,...,Hn-1,Hn]，其中Hx用于纠正量子比特的相位错误；3b)令其中Hz用于纠正量子比特的比特错误；3c)构造GF(4)上的准循环量子LDPC码，其校验矩阵为：(4)对步骤(3)中的准循环量子LDPC码做进一步增强：4a)设置增强系数α，满足n是α的偶数倍；4b)对步骤(2)中的H做列稀疏处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云江，王治春，石莎，刘阳，王增斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61