5-qubit [[5,1,3]]
保护一个逻辑比特免受任意单量子比特错误的最小完美码。
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- 核心基础
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- 证据
- 2 篇代表来源
主题要点
non-CSS stabilizer code
四个独立稳定子
紧凑但线路和逻辑结构不如 CSS 直观
全栈位置与直接关系
code/code/fivequbit保护一个逻辑比特免受任意单量子比特错误的最小完美码。
non-CSS stabilizer code
四个独立稳定子
紧凑但线路和逻辑结构不如 CSS 直观
code/code/fivequbitCode dossier
这里汇总参数景观中的结构化记录、码族谱系中的构造说明、执行路线与外部知识库,作为完整主题页的代码专属延伸。
最小的任意单量子比特错误完美纠错码;度数采用所选标准生成元表示中的最大值。
标准四生成元 stabilizer 表示
标准四生成元 stabilizer 表示
标准四生成元 stabilizer 表示
non-CSS stabilizer code
四个独立稳定子
紧凑但线路和逻辑结构不如 CSS 直观
Five-qubit [[5,1,3]] Execution Route:非 CSS 完美码:混合 Pauli 检查、16 类 syndrome 查表与逻辑恢复。当前路线绑定 Perfect-code lookup、Maximum-likelihood Pauli decoder,并覆盖 Mixed-Pauli stabilizer extraction、Flag-assisted weight-4 checks。
所有六项结构指标均完整,可进入统一散点坐标。
“完美”表示错误空间饱和量子 Hamming 界,不表示任意硬件噪声下最优;混合 Pauli 检查的门次序与 flag 方案决定有效容错性。
1996Perfect Quantum Error Correction Code2026Handbook of Error-Correcting CodesDeep reference
定义、代数构造、保护能力与执行证据均按来源段落独立维护;中文稿经过术语整理,英文稿保留用于逐段对照。
五量子比特完美码是最小的单量子比特任意误差纠正稳定子码,参数为 [[5,1,3]]。它是非 CSS 的循环码,并以“完美”表示其错误空间恰好饱和相应的量子 Hamming 界。
The five-qubit perfect code is the smallest stabilizer code correcting an arbitrary single-qubit error, with parameters [[5,1,3]]. It is cyclic and non-CSS; “perfect” means that its error subspaces saturate the relevant quantum Hamming bound.
可取循环生成元 XZZXI 及其四次循环移位作为稳定子生成元,逻辑 X 与逻辑 Z 可分别取 XXXXX 与 ZZZZZ。该混合 Pauli 表示不能拆成独立的二元 H_X 与 H_Z 解码问题。
A standard presentation uses XZZXI and its four cyclic shifts as stabilizer generators, with XXXXX and ZZZZZ as logical representatives. Because the checks mix Pauli types, the code does not split into independent binary H_X and H_Z decoding problems.
距离 3 保证所有 15 个非平凡单量子比特 Pauli 误差具有可区分综合征。更高权重误差可能与低权重误差共享综合征,因此超出设计误差集后的恢复依赖噪声先验。
代表文献
Distance three gives distinct syndromes to all fifteen nonidentity single-qubit Pauli errors. Higher-weight errors can share those syndromes, so recovery beyond the designed set depends on the noise prior.
n=5、k=1、d=3 给出码率 1/5,并满足五量子比特单误差纠正的最小长度界。四个独立权重 4 检查定义 16 个综合征;有限长度最优不等同于渐近码率或 LDPC 优势。
The parameters n=5, k=1, d=3 give rate 1/5 and meet the minimum-length bound for correcting one arbitrary qubit error. Four independent weight-four checks yield sixteen syndromes; finite-length optimality is not an asymptotic-rate or LDPC claim.
该码具有有用的循环和 Clifford 对称性,但不存在由横向门单独提供的通用逻辑门集。实现非 Clifford 逻辑操作通常需要码切换、魔态或经过验证的编码门序列。
The code has useful cyclic and Clifford symmetries, but transversal gates alone do not supply a universal logical gate set. Non-Clifford computation generally needs code switching, magic states, or a verified encoded-gate sequence.
理想 Pauli 模型下可用 4 比特综合征查表,将每个非零综合征映射到一个最低权重代表。线路级解码必须把测量错误和故障传播加入时空综合征,不能直接复用无噪声的 15 项查表。
Under an ideal Pauli model, a four-bit lookup table maps each nonzero syndrome to a minimum-weight representative. Circuit-level decoding must include measurement faults and propagation in a spacetime syndrome rather than reuse the noiseless fifteen-entry table.
权重 4 混合 Pauli 检查的测量次序会改变 hook error 的方向。旗标辅助量子比特或验证 ancilla 可检测危险传播,但容错性是具体电路的性质,不是 [[5,1,3]] 参数自动给出的属性。
The measurement order of weight-four mixed-Pauli checks controls the direction of hook errors. Flag ancillas or verified ancillas can expose dangerous propagation, but fault tolerance belongs to a specific circuit, not automatically to the [[5,1,3]] parameters.
五量子比特码常用于小型处理器上的完全编码、错误注入与纠错基准,因为其数据量子比特数最少。比较实验时仍需计入辅助量子比特、综合征重复轮次、泄漏和后选择。
The five-qubit code is a common small-processor benchmark for full encoding, injected errors, and recovery because it minimizes the number of data qubits. Experimental comparisons must still count ancillas, repeated syndrome rounds, leakage, and postselection.
它与 Steane 码、Shor 码同为距离 3 的单逻辑量子比特块码,但它是非 CSS 且长度更短。相同距离只给出最小逻辑算符权重,不意味着综合征结构、门集或容错开销相同。
Like the Steane and Shor codes it is a distance-three one-logical-qubit block code, but it is shorter and non-CSS. Equal distance specifies only the minimum logical weight, not the syndrome structure, gate set, or fault-tolerant overhead.
“完美”是界饱和术语,不表示所有物理噪声下性能最佳;偏置噪声、连接图和测量代价都可能改变排序。引用实验结果时应说明使用的是理想解码、一次纠错还是重复容错轮次。
“Perfect” denotes bound saturation, not best performance under every physical noise model. Bias, connectivity, and measurement cost can reverse comparisons; experimental claims should state whether decoding is ideal, single-shot, or based on repeated fault-tolerant rounds.