🧊 退相干 vs 量子纠错 · 长程存续

把同一个逻辑比特放上"退相干噪声场":不保护,还是用重复码每轮纠错?看它能扛多少轮

① 环境噪声参数

裸单比特(无保护) 重复码 + 每轮纠错(3 物理比特)

② 发生了什么?(每轮都随机翻转,纠错组每轮"拉回一次")

裸比特:信息压在一个物理比特上,每轮有概率 p 被翻转——翻错一次,信息就丢了。读出正确率以 0.5+0.5·(1−2p)R 衰减,很快贴到 50% 地板 = 「读出变抛硬币」。
重复码(码距 3):一个逻辑比特用三个物理比特存(|0⟩→|000⟩、|1⟩→|111⟩)。多数派规则纠错:每轮若只有 1 个物理比特翻转,纠错把它翻回来,单个错误不累积。
但纠错不是永生:若某一轮同时 ≥2 个物理比特翻转,多数派错、这一轮会把逻辑比特翻错一次——发生概率 q=3p²−2p³≈3p²,直到未来某轮再次翻转才可能复原。于是编码后「每轮逻辑错误率」从 p 压到 ≈3p²,正确率按 0.5+0.5·(1−2q)R 衰减,寿命大约拉长 1/(3p) 倍(p=2% 时约 16×,即右图 95/6≈15.8×)。
启示:单层重复码把错误率「按距离指数压制」,只是大大推迟信息丢失;要任意长存,需要更多层码 + 阈值定理——这正是下面演示去验证的曲线。与「量子纠错·比特翻转码」用同一套码(可每轮只纠 1 个物理错)。
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