新型量子邏輯門的構造方法的研究與實現.pdf

1、量子計算機可看作是量子圖靈機，量子圖靈機則可等價于量子邏輯電路，量子電路是研究量子信息的主流模型。隨著量子信息快速發(fā)展，量子電路越來越復雜，自動高效的設計出復雜量子電路的相關理論與方法也倍受關注。由于量子電路由各類量子門的組合與級聯而成，量子門是實現量子計算的基礎，所以量子門的最優(yōu)化將直接影響著量子邏輯電路的整體優(yōu)化程度。量子門分為量子邏輯門和量子非邏輯門，與量子邏輯門相比，量子非邏輯門能綜合出更優(yōu)的量子電路，因此量子非邏輯門的綜合問題

2、一直是人們研究的重點。雖然已經有了許多算法被提出，但絕大多數的綜合算法還存在許多明顯的不足。我們通過研究發(fā)現構造新型量子邏輯門，來避免直接使用量子非邏輯門，可以將此難題簡化為較易解決的量子邏輯門的綜合問題，從而來優(yōu)化綜合量子電路的整體結構。因此本論文對量子非邏輯門構造新型量子邏輯門及相關理論進行了深入研究和探索，主要研究工作及成果如下:
　　(1)提出基于NCV量子門庫的新型量子邏輯門的量子電路綜合。由于控制平方根非門(CV,CV

3、+)是非置換門，許多現有方法不能直接使用NOT門，CNOT門，控制平方根非門量子門庫(NCV)綜合最優(yōu)3量子電路，關鍵是如何將NCV門庫映射成四值邏輯問題。首先，我們給出直接使用NCV門庫來有效地創(chuàng)建較小量子成本的新型量子邏輯門庫的解決方案。接下來，提出一種使用CNOT和控制平方根非門的量子邏輯門庫快速直接構建新型最優(yōu)量子邏輯門庫的通用方法。最后，我們給出一些使用這些新型置換量子門綜合量子電路的實驗，并且對所提出的這個新型量子電路綜合的

4、方法進行了詳細分析。
　　(2)提出構建一種新型量子邏輯門的通用算法。由于非置換量子門比置換量子門的規(guī)則更為復雜，因此在綜合算法時應當避免直接使用非置換量子門，關鍵方法是使用非置換量子門來創(chuàng)建新的置換量子門來代替這些非置換量子門。所以，我們提出了一種使用CNOT門和非置換量子門自動構建新型最優(yōu)量子邏輯門庫的通用算法。我們的方法是基于窮舉搜索法的思想來遍歷所有可能的解，在不受量子線數量限制的情況，找到具有較低的量子代價的量子邏輯門的