論文の概要: Singer-Difference-Set Qudit Stabilizer Codes from Non-Degenerate Quadrics in PG(d,q)PG(d,q): Construction, Structural Theorems, and Monte-Carlo Performance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.02392v1
- Date: Thu, 01 Oct 2026 19:17:44 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-06 00:14:30.056137
- Title: Singer-Difference-Set Qudit Stabilizer Codes from Non-Degenerate Quadrics in PG(d,q)PG(d,q): Construction, Structural Theorems, and Monte-Carlo Performance
- Title(参考訳): PG(d,q)PG(d,q)における非退化四元数からのSinger-Difference-Set Qudit安定化符号:構成,構造理論,モンテカルロ性能
- Abstract要約: 素数 q と次元 d >= 2 の q 論理型非CSS キュート安定化符号の族 Q(q,d) を提案する。
1.5 x 106 でのモンテカルロ試験では、Q(5,2) はステアーンよりも70倍に改善されている。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 47.54490246947129
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We propose Q(q,d), a family of q-ary non-CSS qudit stabilizer codes with prime power q and dimension d >= 2, constructed from Singer difference sets and non-degenerate quadrics in PG(d,q). The parity check H = (A | M_Q A) couples the Singer-circulant incidence matrix A with the quadric circulant M_Q, and a Cancellation Lemma uses the identity (k - lambda) = q^{d-1} = 0 mod p to make H symplectic-isotropic over F_q. Five structural theorems carry the novelty: a cross-correlation modular-constancy identity nu = 1 mod q at q odd, d >= 3, with a two-value pattern that proves a 2-torsion distance ceiling; a CRT zero-count identity; an explicit Clifford bridge identifying Q(q,2) as a graph-state encoding of the trivial Singer CSS code, with the 2021 low-density-spreading (LDS) sign-flip pattern realised by a symmetric circulant; a paired column-rigidity equality d_min = R_P + 1; and a lower bound d_min(Q(7,2)) >= 8 from an exhaustive Singer-Frobenius search. A Hamada-Smith specialisation yields the closed-form logical dimension k(p,d) = theta_d(p) - C(p+d-1, d) - 1, and the flagship Q(p,2) = [[p^2 + p + 1, p(p+1)/2, d_min]]_p attains asymptotic rate one-half. We conjecture d_min(Q(p,2)) = p + 1 for odd primes, proven at p = 5 and lower-bounded to >= 8 at p = 7. Instances include Q(3,2) = [[13,6,3]]_3, Q(5,2) = [[31,15,6]]_5, Q(7,2) = [[57,28, d>=8]]_7, and Q(3,4) = [[121,105,3]]_3. Monte-Carlo over 1.5 x 10^6 trials shows Q(5,2) achieves a 70-fold per-logical-qudit improvement over Steane [[7,1,3]]_2 at depolarising rate 10^-3 with zero silent logical errors. A textbook bounded-distance decoder is used; Berlekamp-Massey-style cyclic decoding is left as the natural sequel.
- Abstract(参考訳): 我々は、素数 q と次元 d >= 2 を持つ q-ary non-CSS qudit 安定化符号の族 Q(q,d) をシンガー差分集合とPG(d,q) の非退化二次系から構成する。
パリティチェックH = (A | M_Q A)は、シンガー循環入射行列Aと二次循環M_Qとを結合し、キャンセレーションレムマは、(k - lambda) = q^{d-1} = 0 mod p を用いて、H を F_q 上でシンプレクティック等方性にする。
5つの構造定理は、新奇性を持っている: 相互相関のモジュラー・コンスタンシーの恒等式 nu = 1 mod q at q odd, d >= 3 で、2-ねじり距離の天井を証明する2値パターン、CRTゼロカウントの恒等式、明示的なクリフォード橋の識別 Q(q,2) は自明なシンガーCSSコードのグラフ状態符号化であり、2021年の低密度スレッディング (LDS) の符号-フリップパターンは対称循環子によって実現され、対のカラム-剛性等式 d_min = R_P + 1 と、下限の d_min(Q(7,2)) > はシンガー・フロビウスの探索から得られる。
ハマダ=スミス特殊化は閉形式論理次元 k(p,d) =theta_d(p) - C(p+d-1, d) - 1 となり、旗艦Q(p,2) = [[p^2 + p + 1, p(p+1)/2, d_min]]_p は漸近速度 1-半に達する。
奇素数に対して d_min(Q(p,2)) = p + 1 を予想し、p = 5 で証明され、p = 7 で >= 8 に下界する。
Q(3,2) = [[13,6,3]]_3, Q(5,2) = [[31,15,6]]_5, Q(7,2) = [[57,28,d>=8]]_7, Q(3,4) = [[121,105,3]]_3
1.5 x 10^6 の試験で、Q(5,2) は Steane [[7,1,3]]_2 に対して、無音論理誤差で 10^-3 の偏極速度で70倍の改善を達成している。
教科書境界距離デコーダが使用され、ベルカンプ・マッシースタイルのサイクリックデコーダが自然の続編として残されている。
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