使用量子卷积码的存储器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种使用量子卷积码的存储器系统。存储器系统包括量子位阵列，所述量子位阵列经配置以在其中存储使用量子稳定子码编码的一或多个纠缠量子位状态。所述存储器系统进一步包括量子态刷新模块，所述量子态刷新模块经配置以当在其中检测到降级错误时刷新所述量子位阵列中的纠缠量子位状态。所述量子态刷新模块进一步经配置以通过对对应于所述量子稳定子码的一组校验子值执行冗余测量来检测所述降级错误。所述冗余测量是基于使用所述量子稳定子码的生成器矩阵及对应补充奇偶校验矩阵定义的错误校正码。在实例实施例中，所述生成器矩阵及所述补充奇偶校验矩阵中的每一者具有相应倾斜条纹形式。

【技术实现步骤摘要】
使用量子卷积码的存储器系统
各种实例实施例涉及量子计算且更具体来说但非排他地，涉及用于量子计算装置的存储器系统。
技术介绍
本章节介绍可有助于促进更好地理解本专利技术的方面。因此，就此而阅读本章节的陈述且不应将所述陈述理解为关于在现有技术内或不在现有技术内的事物的承认。已基于各种技术制造或提议量子计算装置，例如超导结装置、离子阱装置、量子阱装置、分数量子霍尔效应(FQHE)装置等。量子计算装置通常使用量子存储器来存储状态，且使用硬件将状态写入到存储器及从存储器读取状态。用于写入到量子存储器及从量子存储器读取的可靠方法可用于各种类型的量子计算装置。一些量子计算应用依赖于量子存储器来存储具有足够高保真度的量子位状态达相对长时间。然而，量子态或量子态总体可展现相对高的保真度损失率或降级率，例如，这归因于量子门装置中的去相干、处理及/或通过量子通道的传输。
技术实现思路
本文中揭示一种存储器系统的各种实施例，其包括量子位阵列，所述量子位阵列经配置以在其中存储使用量子稳定子码编码的一或多个纠缠量子位状态。所述存储器系统进一步包括量子态刷新模块，所述量子态刷新模块经配置以如果在其中检测到降级错误那么刷新所述量子位阵列中的纠缠量子位状态。所述量子态刷新模块进一步经配置以通过对对应于所述量子稳定子码的一组校验子值执行冗余测量来检测降级错误。所述冗余测量是基于使用所述量子稳定子码的生成器矩阵及对应补充奇偶校验矩阵定义的错误校正码。在实例实施例中，所述生成器矩阵及所述补充奇偶校验矩阵中的每一者可具有倾斜条纹形式至少一些实施例提供所述经测量校验子值的可靠性的改进，这可有利地用于显著减慢存储在对应量子存储器系统中的纠缠量子位状态的有效降级速率。根据一个实施例，提供一种设备，其包括：寄存器，其经配置以存储使用量子稳定子码编码的经编码纠缠量子位状态；测量电路，其经配置以执行对应于所述经编码纠缠量子位状态的一组校验子值的冗余测量，所述冗余测量是基于使用所述量子稳定子码的一组有序生成器向量及所述生成器向量的多个线性独立组合定义的错误校正码而执行；及电子解码器，其经配置以使用所述错误校正码来校正已被执行所述冗余测量的所述组校验子值中的测量错误；且其中由所述组有序生成器向量定义的生成器矩阵具有第一倾斜条纹形式。附图说明作为实例，从以下详细描述及附图，各种所揭示实施例的其它方面、特征及优点将变得更完全显而易见，在附图中：图1展示根据实施例的存储器系统的框图；图2A到2C展示根据实施例的可用于图1的存储器系统中的校验子测量电路的框图；图3展示根据实施例的可用于图1的存储器系统中的存储器刷新方法的流程图；及图4以图形方式比较图3的存储器刷新方法的实施例的性能与可比较地配置的现有技术方法的性能。具体实施方式一些实施例可得益于第8,324,120号、第8,633,092号、第8,987,703号、第9,286,154号、第9,762,262号及第9,944,520号美国专利中所揭示的至少一些特征，所有所述专利的全文以引用的方式并入本文中。传统卷积码是经由将布尔多项式函数滑动地应用于数据流来生成经编码符号的错误校正码。滑动应用表示编码器在数据上的“卷积”，这反映在码名称(即，“卷积码”)中。卷积码的滑动性质促进网格解码，其中对应网格是非时变的。非时变网格允许使用运用具有易处理复杂性的实际电路实施的最大似然软决策解码对卷积码进行解码。相比之下，块错误校正码通常由时变网格表示且因而，通常进行硬决策解码。卷积码与块码的进一步不同之处在于，卷积编码器具有存储器，从而产生随时间扩展的对应脉冲响应。例如，(m、k、M)卷积码可使用具有k个输入、m个输出及长度为M的循序存储器(例如，移位寄存器)的线性电路来实施，其中m、k及M是正整数，且m>k。在k＝1的特殊情况下，输入序列不需要被划分成块且可连续处理。通常将存储器长度M选择为足够大以支持所要错误校正能力。归因于码存储器，在任何给定时间的m个编码器输出不仅取决于在那个特定时间的k个输入，而且取决于(k个输入各自的)ceil(M/k)先前输入块。在大多数实际系统中，不使用无限长度的码字。例如，为了生成有限长度的码字，卷积编码器可经配置以输入选定的ceil(M/k)输入块，使得在对K个输入进行编码之后的适当时间在所有M个存储器元件中且在m个输出处获得零，其中K＝rk且r是正整数。接着，所述编码器可终止码字。不难看出，所获得码字的长度n是m的整数倍，即，n＝cm，其中c是正整数。在这种情况下，数字n可被称为码的总长度。本文中所揭示的各种实施例调适传统卷积码以用于量子稳定子码。此类经调适码在本文中可被称为量子卷积码。可在例如2007年《高级数学的AMS/IP研究(AMS/IPStudiesinAdvancedMathematics)》第41卷：《编码理论及其应用的最新趋势(RecentTrendsinCodingTheoryanditsApplications)》第151到185页的A.Ashikhmin、S.Litsyn的“量子错误校正基础(FoundationsofQuantumErrorCorrection)”中找到量子稳定子码的概述，所述论文的全文以引用的方式并入本文中。图1展示根据实施例的存储器系统100的框图。存储器系统100包括经配置以在其中存储一或多个量子态的量子位阵列110。可经由输入/输出(I/O)接口120将所述量子态写入到量子位阵列110及从量子位阵列110读取所述量子态。存储器系统100进一步包括量子态刷新(QSR)模块130，所述量子态刷新(QSR)模块130进行操作以有效地保护存储在量子位阵列110中的量子态免于积累错误，由此使存储器系统100能够存储具有相对高保真度的量子态达相对长时间。如本文中所使用，术语“量子位”是指包括双态量子力学系统的装置。合适的双态量子力学系统的实例包含但不限于：(i)具有1/2自旋的粒子的两个自旋态；(ii)原子的基态及激发态；(iii)光子的两个偏振态；(iv)FQHE(分数量子霍尔效应)液滴的边缘态；及(v)超导结的状态。可相对其测量量子位状态的两个状态被称为基础状态。非纠缠量子位状态是所述基础状态的线性叠加。多量子位状态与传统多位状态的不同之处在于：前者可经形成为展现纠缠。纠缠量子位状态不能被分解成单量子位基础状态的简单积，而是可将其表达为单量子位基础状态的不同积的线性组合或叠加。QSR模块130经配置以使用多量子位状态的纠缠性质，例如，如下文进一步所详述，以有效地保护量子位阵列110免于在其中的量子位状态中积累错误。根据实例实施例，使用量子卷积码(QCC)Q对存储在量子位阵列110中的每一纠缠量子位状态进行编码。总长度为n及维度为K的QCC码Q在复空间SD中对维度2K的线性子空间进行操作，其中D＝2n。QCC码Q的参数n及K分别直接对应于传统(n、K、M)卷积码的参数n及K。当应用于量子位时，QC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，其包括：/n寄存器，其经配置以存储使用量子稳定子码编码的经编码纠缠量子位状态；/n测量电路，其经配置以执行对应于所述经编码纠缠量子位状态的一组校验子值的冗余测量，所述冗余测量是基于使用所述量子稳定子码的一组有序生成器向量及所述生成器向量的多个线性独立组合定义的错误校正码而执行；及/n电子解码器，其经配置以使用所述错误校正码来校正已被执行所述冗余测量的所述组校验子值中的测量错误；且/n其中由所述组有序生成器向量定义的生成器矩阵具有第一倾斜条纹形式。/n

【技术特征摘要】
20190515 US 16/412,8971.一种设备，其包括：
寄存器，其经配置以存储使用量子稳定子码编码的经编码纠缠量子位状态；
测量电路，其经配置以执行对应于所述经编码纠缠量子位状态的一组校验子值的冗余测量，所述冗余测量是基于使用所述量子稳定子码的一组有序生成器向量及所述生成器向量的多个线性独立组合定义的错误校正码而执行；及
电子解码器，其经配置以使用所述错误校正码来校正已被执行所述冗余测量的所述组校验子值中的测量错误；且
其中由所述组有序生成器向量定义的生成器矩阵具有第一倾斜条纹形式。


2.根据权利要求1所述的设备，其中由在所述线性独立组合中使用的系数定义的补充奇偶校验矩阵具有第二倾斜条纹形式。


3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二倾斜条纹形式是相对于所述第一倾斜条纹形式的转置形式。


4.根据权利要求2所述的装置，其中所述系数中的每一者具有两个二进制值中的一者。


5.根据权利要求2所述的设备，其中所述第二倾斜条纹形式是通过增量地向下移位所述补充奇偶校验矩阵的最左列的最高矩阵元素的连续子组来构造。


6.根据权利要求1所述的设备，其中所述生成器矩阵是伽罗瓦场上的矩阵。


7.根据权利要求1所述的设备，其中所述生成器矩阵是大小为4的伽罗瓦场上的矩阵。


8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一倾斜条纹形式是通过增量地向右移位所述生成器矩阵的最高行块的最左矩阵元素的连续子块来构造。


9.根据权利要求1所述的设备，其中所述电子解码器经配置以基于网格型解码校正所述测量错误。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿列克谢·阿西赫明，
申请(专利权)人：诺基亚技术有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI