基于真值表演算的量子可逆邏輯電路綜合.pdf

1、隨著量子計(jì)算與量子信息的深入發(fā)展，量子可逆電路的應(yīng)用越來越多?？赡骐娐穼?shí)現(xiàn)的是一個(gè)雙射的可逆邏輯函數(shù)功能。由于它的可逆計(jì)算的功能，可逆電路不僅能夠應(yīng)用在量子計(jì)算，它同樣可以應(yīng)用在低功耗CMOS、納米技術(shù)以及光計(jì)算等領(lǐng)域，因此量子可逆邏輯電路的研究對(duì)于量子計(jì)算與量子信息的發(fā)展具有重要的意義。
　　 探討以較小的代價(jià)（最少的可逆門）自動(dòng)高效地構(gòu)造量子可逆邏輯電路，是可逆邏輯電路綜合研究的重點(diǎn)。目前，各種量子邏輯電路綜合算法，都存在量

2、子邏輯電路規(guī)模小、綜合代價(jià)過高、優(yōu)化時(shí)空復(fù)雜度高等一系列問題，還不能滿足未來量子計(jì)算和量子信息以及其他領(lǐng)域?qū)α孔涌赡孢壿嬰娐芬?。本文采用擴(kuò)展的通用Toffoli門（EGT）作為基本門庫，綜合出全部三量子最優(yōu)電路；然后以三量子最優(yōu)電路為基礎(chǔ)，提出了一種新穎的四量子可逆邏輯綜合方法；接著通過三條規(guī)則（消去、合并和移動(dòng)）對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，通過真值表輸出端置換的思想，綜合四量子可逆邏輯函數(shù)，以減少EGT門的數(shù)量；最后對(duì)四量子電路綜合方案進(jìn)行遞推

3、拓展，提出兩種任意量子可逆邏輯電路綜合的新方法：①基于三量子最優(yōu)電路的多量子電路綜合，②基于二分法思想的多量子電路綜合。
　　 選用EGT門庫綜合出全部的三量子電路，共40320個(gè)，與傳統(tǒng)選用TOF門庫綜合相比，電路最大長度減少了2個(gè)門（從8減少到6個(gè)門），平均長度減少了21.98％（從5.87減少到4.58個(gè)門）。四量子電路綜合方法是先將一個(gè)四量子電路的函數(shù)表示成真值表的形式；通過線拓?fù)渥儞Q和對(duì)換演算，將四量子電路映射函數(shù)的真

4、值表分解成2塊相互獨(dú)立的三量子電路映射函數(shù)的真值表；查找相應(yīng)的最優(yōu)三量子電路，直接生成相關(guān)電路；最后將對(duì)換演算的電路并入該電路，經(jīng)過局部優(yōu)化即可生成最終電路。分析結(jié)果表明，用這種方法綜合四量子電路平均需13.16個(gè)EGT門，最多只需要20個(gè)EGT門。與同類算法相比，大幅減少EGT門的數(shù)量，同時(shí)還避免了時(shí)空復(fù)雜度太大的問題，便于經(jīng)典計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。使用輸出端置換思想改進(jìn)四量子電路綜合方案，分析結(jié)果表明，平均EGT門的數(shù)量減少了16.81％（從