一种适用于高压架空电力线路的量子纠错编码方法

摘要

本发明公开了一种适用于高压架空电力线路的量子纠错编码方法，是在电力架空线路两端的变电站内分别设置量子设备，其中一端为发送端，另一端为接收端；所述发送端和所述接收端通信时采用[5,1]稳定子量子纠错编码技术。本发明首次在电力系统中进行了系统分析，选择了适合电力架空光缆环境下的量子纠错编码技术；解决了电力高压环境所造成的量子噪声中信号错误检测与恢复难题；探索了一条适合变电站间长距离量子信号编解码方案。本发明的重要意义在于将量子通信技术应用于电力系统提供了一条便利通道。

主权项

一种适用于高压架空电力线路的量子纠错编码方法，其特征在于，所述方法是在电力架空线路两端的变电站内分别设置量子设备，其中一端为发送端，另一端为接收端；所述发送端和所述接收端通信时采用[5,1]稳定子量子纠错编码技术；所述[5,1]稳定子量子纠错编码技术是指用5位量子态编码1位量子信息；发送端的编码单元生成稳定子码并将所述稳定子码发送给接收端包括：(1)编码线路内部通过量子比特循环转换得到4个稳定子生成元，即：M₁＝XZZXI，M₂＝IXZZX，M₃＝XIXZZ，M₄＝ZXIXZ；(2)将所述4个稳定子生成元转换成4×10量子检验矩阵H；(3)利用所述4个稳定子生成元作用到任意量子态a|0>+b|1>，生成5位量子态编码编码，形成量子比特|1>_c和量子比特|0>_c；(4)编码后量子态变成a|0>_c+b|1>_c，选择比特翻转转换形成稳定子码，包括码字|1>_L和|0>_L；(5)将所述码字|1>_L和|0>_L发送给接收端；步骤(3)所述利用所述4个稳定子生成元作用到任意量子态a|0>+b|1>，生成5位量子态编码编码，形成量子比特|1>_c和量子比特|0>_c是指设为比特翻转转换，即编码后的|1>_c对态|0>_c的逐比特翻转；编码公式如下：|0>_c＝(I+M₄)(I+M₃)(I+M₂)(I+M₁)|00000>；$|1{>}_c=\bar{X}(I+M_4)(I+M_3)(I+M_2)(I+M_1)|00000>;$步骤(2)所述4×10量子检验矩阵H的表达式为：$H=\left[\begin{array}{cccccccccc}0& 1& 1& 0& 0& 1& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 1& 1& 0& 0& 1& 0& 1& 1\\ 0& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\end{array}\right];$其中，左边5列为Z算子，用来效检比特翻转；右边5列为X算子，用来效检相位翻转；所述接收端的译码单元接收到信息后，通过纠错电路进行纠错的步骤包括：1)对于比特翻转X，确定量子检验矩阵H的左边对应列的值，查看其与出错算子E_a对易性；2)根据所述量子检验矩阵H测量各个稳定子生成元M_i的本征值，得到X出错量子伴随式；3)对于相位翻转Z，确定所述量子检验矩阵H的右边对应列的值，测量四个稳定子生元本征值，得到Z出错量子伴随式；4)对于Y出错，将所述量子检验矩阵H的左边和右边在出错位所在的列想加，测量四个稳定子生元本征值；Y出错是量子态出错的一种，相对X出错及Z出错来说，Y出错相当于X与Z的同时出错，即表示比特翻转加相位翻转；5)将得出的出错算子在检验矩阵H下的四个稳定子生成元本征值，再与出错态的量子伴随式进行比较，得到出错态的量子位以及该位发生的错误类型。