Hibajavítás szimulációja kvantum alapú hálózatokban

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Bacsárdi László
Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

A kvantum számítástechnika és kommunikáció a klasszikus esettől alapjaiban külön-

bözik. A jól ismert bitek helyett — melyek két diszkrét értéket nullát, vagy egyet

vehetnek fel — kvantumbiteket (a továbbiakban qubiteket) használunk. A qubitek

leírhatók komplex vektorokkal, melyek végtelen sok értéket vehetnek fel, amíg meg-

felelnek a definiált kitételeknek.

A qubitek továbbítása egy pontból egy másikba a klasszikus esethez hasonlóan

hordozza a hiba lehetőségét, csak a qubitek esetén jóval többféle hiba lehetséges.

Ilyen hibák lehetnek a bit-flip hiba, fázis hiba, depolarizáció, elveszhet a kvantum

információt szállító részecske stb. A hibák minden későbbi kvantumműveletet befo-

lyásolhatnak, például a bitek lemérését is, mely kvantum biteket konvertál klasszikus

információra.

Klasszikus esetben használhatunk például lineáris kódokat a hibák detektálásához

és javításához egy hibázó csatornán. A lineáris kódok sajnos közvetlenül nem hasz-

nálhatók fel kvantumbitek esetén, mivel a qubitek nem másolhatók le. Helyettük az

összefonódás jelenségét alkalmazzuk. A küldés során létrehozunk több qubites össze-

fonódott állapotokat a bejövő qubit(ek)ből, ezeket átküldjük a csatornán. Ezután

vevő oldalon hibajavítást végzünk (ha lehetséges) és végül dekódoljuk az állapotot.

A szakdolgozat keretében készült egy szimuláció, amely képes szimulálni a legya-

koribb kvantum kódokat (Bit-flip kód, Shor kód, Steane kód és az 5 qubites kód)

illetve egy speciális 4 qubites kódot az amplitude damping csatornákhoz, olyan

gyakori csatorna modelleket használva mint a depolarizáló és az amplitude damping

csatorna. Az alkalmazás Linux terminálban fut, támogat több szálú végrehajtást.

Minden egyes átküldött kódhoz tartozó ancilla bitek és mért eredmény naplózásra

kerül a standard kimenetre segítve ezzel a további elemzést. A csatornán lehetséges

hibákat egy hálózat leíró fájlból olvashatjuk ki, mely felhasználható többfajta hiba

definiálására vagy leírhatunk vele több kommunikáló fél által alkotott hálózatokat.

Az eredmények alapján depolarizáló csatornán az 5 qubites kódot érdemes alkal-

mazni. Amplitude damping hiba esetén a kódok rosszabbul vagy nem sokkal jobban

teljesítettek a kódolatlan esethez képest. Amennyiben mindkét fajta hiba jelen van

a legjobbnak a Shor kód bizonyult.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.