基于规则的可逆Toffoli电路优化算法 被引量：5

1

作者 程学云 管致锦 +1 位作者 张海豹 丁卫平 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2013年第10期32-38,共7页

可逆电路的优化是可逆逻辑综合的关键问题之一。为了解决可逆Toffoli电路优化问题中算法复杂度高和电路规模可扩充性差的问题,分析归纳了相邻Toffoli门的关系,提出并证明了可逆Toffoli电路中子序列的移动和化简规则,并基于这些规则给出... 可逆电路的优化是可逆逻辑综合的关键问题之一。为了解决可逆Toffoli电路优化问题中算法复杂度高和电路规模可扩充性差的问题,分析归纳了相邻Toffoli门的关系,提出并证明了可逆Toffoli电路中子序列的移动和化简规则,并基于这些规则给出了可逆Toffoli电路的优化算法。根据移动规则对可逆电路进行正向和反向扫描,寻找满足化简规则的子序列进行优化,直到可逆电路不发生变化为止。该优化算法与可逆电路的输入线数无关,无需存储额外信息,适用于各种不同类型的Toffoli电路合成方法,算法复杂度为O(s3),优于通常使用的模板优化的复杂度O(n!t2s3)。在具体实例和国际认可的所有3变量可逆函数上的验证结果表明,该优化算法能有效地减少可逆电路的门数和控制位数,降低可逆电路的代价。 展开更多

关键词 可逆逻辑综合 可逆函数 toffoli门 可逆电路优化

在线阅读 下载PDF 职称材料

混合多值可逆逻辑中广义Toffoli门仅用CNOT门的实现

2

作者 樊富有 杨国武 +1 位作者 李晓瑜 罗庆斌 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第8期115-117,134,共4页

混合多值量子可逆逻辑电路综合问题中,Toffoli门的合成是整个合成过程中最为关键的一步。针对混合多值5-qubits量子可逆逻辑电路综合问题,构造了PMX量子门,验证了CNOT门的合成能力,实现了对Toffoli门的合成,并设计了双向的BDS搜索算法,... 混合多值量子可逆逻辑电路综合问题中,Toffoli门的合成是整个合成过程中最为关键的一步。针对混合多值5-qubits量子可逆逻辑电路综合问题,构造了PMX量子门,验证了CNOT门的合成能力,实现了对Toffoli门的合成,并设计了双向的BDS搜索算法,高效实现了量子电路的最优或者较优综合。 展开更多

关键词 量子电路综合 混合多值可逆逻辑 toffoli门 CNOT门 量子计算

在线阅读 下载PDF 职称材料

低深度SM4算法的量子电路实现

3

作者 莫申勇 李灵琛 韦永壮 《密码学报(中英文)》 北大核心 2025年第4期870-893,共24页

量子电路是实现量子环境下密钥加速穷搜的前提,如何给出分组密码算法更优的量子电路实现是关键问题.本文基于NCT门集,借助经典情况下塔域上算法的实现,对ISO/IEC分组密码国际标准算法之一的SM4算法,给出了更低成本的量子电路实现方案.首... 量子电路是实现量子环境下密钥加速穷搜的前提,如何给出分组密码算法更优的量子电路实现是关键问题.本文基于NCT门集,借助经典情况下塔域上算法的实现,对ISO/IEC分组密码国际标准算法之一的SM4算法,给出了更低成本的量子电路实现方案.首先,本文从深度指标(Toffoli深度以及电路总深度)入手,给出了一种Toffoli深度仅为4的S盒组件初步实现.考虑到该实现下量子比特数指标较高的问题,本文通过利用少量深度指标换取了量子比特数的大幅下降,给出了量子比特数为27、Toffoli深度为6的S盒优化实现.其次,本文对SM4算法轮结构(轮函数及密钥编排)进行了有效分解,使其所执行的并行操作数达到最大化,在未引入更多的辅助比特情况下对深度指标进行了进一步缩减.最后,本文结合SM4线性层的优化实现技术,评估了SM4算法整体实现所需的量子资源.结果表明,在轮结构串联的情况下(i=1,i=4,其中i为S盒并行数),本文基于NCT门集实现的电路的Toffoli深度指标仅为先前研究最好结果的37.5%;在轮结构并联的情况下(i=2,i=8),该指标仅为先前研究最好结果的38%.并且,T·M(量子比特数与Toffoli深度乘积)指标在不同的轮结构连接方式下也大幅度降低,最小值仅为121176.此外,本文还着重考虑了总体量子电路深度的指标,首次给出了最优电路总深度仅为2756的SM4算法整体实现. 展开更多

关键词 SM4 量子电路 toffoli深度 电路深度 T·M

在线阅读 下载PDF 职称材料

量子可逆逻辑电路综合的快速算法研究 被引量：9

4

作者 李志强 陈汉武 +3 位作者 徐宝文 李文骞 王佳佳 刘文杰 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期1291-1303,共13页

可逆逻辑有许多应用,尤其在量子计算领域,量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元,量子可逆逻辑电路综合就是根据电路功能,以较小的量子代价自动构造量子可逆逻辑电路.文中结合可逆逻辑电路综合的多种算法,提出了一种新颖高效的算... 可逆逻辑有许多应用,尤其在量子计算领域,量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元,量子可逆逻辑电路综合就是根据电路功能,以较小的量子代价自动构造量子可逆逻辑电路.文中结合可逆逻辑电路综合的多种算法,提出了一种新颖高效的算法,自动构造正极性Reed-Muller展开式(RM),在生成量子可逆逻辑电路的解空间树上,采用总体层次遍历,局部深度搜索,借鉴模板优化技术,构造限界函数快速剪去无解或非最优解的分枝,优先探测RM中的因子,以极高的效率生成最优电路.以国际公认的3变量可逆函数测试标准,该算法不仅能够生成全部最优电路,而且运行速度远远超过同类算法. 展开更多

关键词 量子电路优化 REED MULLER 可逆逻辑电路 toffoli门 量子计算

在线阅读 下载PDF 职称材料

用基本两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门的研究 被引量：7

5

作者 吕洪君 郭俊旺 +2 位作者 彭斐 吴天昊 解光军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期26-30,共5页

量子电路是实现量子态幺正演化的手段,一位和两位门是构成量子电路的基础。Barenco用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能,张登玉在Barenco的工作基础上对用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能进行了改进。通过对Barenc... 量子电路是实现量子态幺正演化的手段,一位和两位门是构成量子电路的基础。Barenco用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能,张登玉在Barenco的工作基础上对用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能进行了改进。通过对Barenco方案和张登玉方案的分析和研究,提出了一个用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能的新方案,该方案结构更简单,且所用的两位门更易于实现,同时指出和改正了张文的不太准确的结论。 展开更多

关键词 量子信息 量子逻辑电路 量子逻辑门 幺正变换 toffoli门

在线阅读 下载PDF 职称材料

模板技术在量子逻辑电路优化中的应用 被引量：3

6

作者 李文骞 陈汉武 +2 位作者 王佳佳 李志强 刘文杰 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期920-926,共7页

为了提高量子逻辑电路的优化技术,减小量子逻辑电路的代价,对现有的模板技术进行了研究与分析,发现Maslov等人的模板并不完整,体现在模板控制线的寻找不完全.通过引入模板控制线库的概念,重构了模板,重构后的模板并不实现恒等的函数功能... 为了提高量子逻辑电路的优化技术,减小量子逻辑电路的代价,对现有的模板技术进行了研究与分析,发现Maslov等人的模板并不完整,体现在模板控制线的寻找不完全.通过引入模板控制线库的概念,重构了模板,重构后的模板并不实现恒等的函数功能,但通过模板生成法则,可以动态生成更多的有效模板.同时给出了利用该方法优化量子逻辑电路的算法.数值实验结果表明,应用重构后的模板优化所有的3×3可逆电路,电路门数量均值减小到6.22.该方法在利用模板优化量子逻辑电路方面具有更高的效率和匹配成功率. 展开更多

关键词 量子电路优化 可逆逻辑 toffoli门 量子计算

在线阅读 下载PDF 职称材料

量子可逆电路综合的启发式快速匹配算法 被引量：4

7

作者 王冬 陈汉武 +1 位作者 安博 杨忠明 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期900-903,共4页

提出了基于Reed-Muller展开式,使用CNT量子门库,以量子门表达式为启发式规则进行前向模式匹配的量子可逆逻辑电路快速综合算法.与通常所用的穷尽搜索算法相比,该算法利用量子门表达式作为启发式规则进行匹配代换,避免盲目匹配,有效降低... 提出了基于Reed-Muller展开式,使用CNT量子门库,以量子门表达式为启发式规则进行前向模式匹配的量子可逆逻辑电路快速综合算法.与通常所用的穷尽搜索算法相比,该算法利用量子门表达式作为启发式规则进行匹配代换,避免盲目匹配,有效降低了匹配复杂度,减少匹配代换的数量.同时该算法不会出现穷尽搜索中因不能找到有效解而进行回溯的现象,能以较小的时间空间复杂度生成最优或近似最优的量子可逆电路,特别在多量子可逆逻辑电路综合上,能够表现出更好的性能. 展开更多

关键词 量子可逆逻辑电路 Reed-Muller展开式 CNOT门 toffoli门

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于矩阵初等变换的量子可逆逻辑电路双向综合算法 被引量：1

8

作者 王冬 刘强 李善治 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2014年第9期18-23,共6页

基于矩阵初等变换,提出了量子可逆逻辑电路双向综合算法。该算法依据两数字间的汉明距离,通过交换矩阵行号或矩阵元素对量子可逆逻辑电路的矩阵进行初等行变换。在变换的过程中,利用邻接矩阵的电路转化规则,生成任意给定置换的量子可逆... 基于矩阵初等变换,提出了量子可逆逻辑电路双向综合算法。该算法依据两数字间的汉明距离,通过交换矩阵行号或矩阵元素对量子可逆逻辑电路的矩阵进行初等行变换。在变换的过程中,利用邻接矩阵的电路转化规则,生成任意给定置换的量子可逆逻辑电路。与其它同类算法相比,由于不需要穷尽搜索,该算法的时空复杂度有大幅降低;又由于采用任意n量子扩展通用Toffoli门,该算法可综合任一置换(奇或偶置换)的量子可逆逻辑电路,并且电路中门的数量有所减少。 展开更多

关键词 量子可逆逻辑电路 量子计算 toffoli门

在线阅读 下载PDF 职称材料

量子可逆逻辑电路双向综合算法

9

作者 王冬 张晓蕾 朱长江 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2014年第5期1111-1115,共5页

量子可逆逻辑电路综合技术是构建量子计算机的关键技术之一.本文提出基于数组正反变换的量子可逆逻辑电路双向综合算法.该算法依据两个数字间的汉明距离,利用邻接矩阵的电路转化规则,从正反两个方向,生成任意给定置换的量子可逆逻辑电路... 量子可逆逻辑电路综合技术是构建量子计算机的关键技术之一.本文提出基于数组正反变换的量子可逆逻辑电路双向综合算法.该算法依据两个数字间的汉明距离,利用邻接矩阵的电路转化规则,从正反两个方向,生成任意给定置换的量子可逆逻辑电路.理论分析表明,该方法综合n量子电路最多需要(n-1)·2n+1个扩展通用Toffoli门.与其它同类算法相比,由于不需要穷尽搜索,该算法的时间复杂度和空间复杂度都有大幅度降低.此外,由于合理采用了扩展通用Toffoli门,该算法可综合任一置换(包括奇置换和偶置换)的量子可逆逻辑电路,且电路中量子门的数量大幅减少. 展开更多

关键词 量子可逆逻辑电路 量子计算 toffoli门

在线阅读 下载PDF 职称材料

量子可逆逻辑电路中单个门故障的在线检测方法

10

作者 凌纯清 邝继顺 +1 位作者 尤志强 谢鲲 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期879-885,共7页

可逆计算满足未来计算的需要,已成为量子计算、低能耗计算等新兴领域的研究基础。目前,研究者仅探讨了可逆电路的在线检错,在线纠错还未提出解决办法。分析论证了Toffoli可逆电路在发生单个门故障时,产生的错误输出具有互补特性。基于... 可逆计算满足未来计算的需要,已成为量子计算、低能耗计算等新兴领域的研究基础。目前,研究者仅探讨了可逆电路的在线检错,在线纠错还未提出解决办法。分析论证了Toffoli可逆电路在发生单个门故障时,产生的错误输出具有互补特性。基于该特性,提出了一种在线纠错方法,将已有电路自动转换成在线纠错电路。该方法实时检测电路的输出错误,若出错,将错误输出对应的正确输入加载至原有电路得到正确输出,从而纠正单个门故障引起的多位输出错误,实现"无垃圾输出"的在线纠错。对Revlib中的一组电路进行实验,结果表明用所提方法构建的在线纠错电路在量子成本、垃圾输出、可逆门数目和传输线数上都明显优于传统的三模冗余方法(TMR)。 展开更多

关键词 可逆电路 toffoli网络 故障模型 在线纠错 在线检错

在线阅读 下载PDF 职称材料

优化的可逆MCT电路化简算法 被引量：7

11

作者 程学云 谈莹莹 +2 位作者 管致锦 王德俊 刘洋 《量子电子学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期713-720,共8页

提出了可逆MCT电路中一种新的MCT门交换规则。基于所提出规则给出了MCT门序列的约简、移动规则,实现了更为通用的可逆MCT电路化简算法。通过实例及所有3变量可逆函数的实验结果验证了该化简算法的有效性,它能进一步减少可逆电路的门数... 提出了可逆MCT电路中一种新的MCT门交换规则。基于所提出规则给出了MCT门序列的约简、移动规则,实现了更为通用的可逆MCT电路化简算法。通过实例及所有3变量可逆函数的实验结果验证了该化简算法的有效性,它能进一步减少可逆电路的门数和量子代价。与已有的同类规则相比,提出的MCT门交换规则没有约束条件,适用性更强,改进了可逆MCT电路的化简结果。 展开更多

关键词 量子计算 可逆逻辑综合 可逆电路化简 MCT门 MCT电路

在线阅读 下载PDF 职称材料

类选择排序的可逆逻辑综合算法 被引量：6

12

作者 万四爽 陈汉武 曹如进 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第12期2343-2352,共10页

可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.由于搜索空间随电路规模增长成指数增长,现有的可逆逻辑综合算法虽然能够得到近似最优的解,但是都存在计算时间过长的问题.文中提出了一种类似选择排序的可逆逻辑综合算法... 可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.由于搜索空间随电路规模增长成指数增长,现有的可逆逻辑综合算法虽然能够得到近似最优的解,但是都存在计算时间过长的问题.文中提出了一种类似选择排序的可逆逻辑综合算法,其实质为基于变换规则的合成法.它采用一个无向无权图表示所有可以进行变换的路径,在综合的过程中,采用选择排序思想每次从小到大的选择需要交换的输出项,然后从路径选择图中找到最优的路径进行变换,最终使得函数的输出序列有序即完成综合.此外,文中还对得到的量子电路进行了优化.实验表明,相比其它综合算法,该算法不仅总能获得最优解或近似最优解,而且效率高、易于实现. 展开更多

关键词 量子计算 可逆逻辑综合 toffoli门 选择排序 量子电路

在线阅读 下载PDF 职称材料