一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

1

作者 张苏嘉 管致锦 杨雪婷 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期155-160,共6页

为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线... 为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线路。该算法的时间复杂度为O(m),优于传统算法的复杂度O(m2)。通过对控制位m∈{3,10}的MCT门与Benchmark可逆线路的实验,验证了该算法优化和分解的有效性。 展开更多

关键词 电路优化 MCT门 NCV门 量子电路 可逆逻辑综合

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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

2

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

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非可逆逻辑门的量子可逆实现研究 被引量：6

3

作者 吕洪君 彭斐 +1 位作者 吴天昊 解光军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期668-674,共7页

经典的逻辑关系可以使用逻辑函数加以表示,通过类比可以定义量子逻辑函数。然而量子逻辑门实现的都是幺正变换,从而是可逆变换,非可逆变换不能直接实现。通过添加辅助量子位可以增添量子输出信号的区分位,完成对非可逆逻辑门的改造,使... 经典的逻辑关系可以使用逻辑函数加以表示,通过类比可以定义量子逻辑函数。然而量子逻辑门实现的都是幺正变换,从而是可逆变换,非可逆变换不能直接实现。通过添加辅助量子位可以增添量子输出信号的区分位,完成对非可逆逻辑门的改造,使得非可逆逻辑门在量子逻辑电路中得到可逆实现。具体研究了或门、与非门以及或非门等常见的逻辑门的改造方法。以丢失部分量子信息为代价来改造量子逻辑电路,并给出了可以实现的优化后的量子逻辑电路。 展开更多

关键词 量子信息 量子逻辑电路 非可逆逻辑门 量子逻辑函数 冗余量子位

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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

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基于Hash表的量子可逆逻辑电路综合的快速算法 被引量：7

5

作者 李志强 陈汉武 +1 位作者 徐宝文 刘文杰 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期2162-2171,共10页

量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元,通过量子门的级联与组合构成量子计算机,量子可逆逻辑电路的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.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量子... 量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元,通过量子门的级联与组合构成量子计算机,量子可逆逻辑电路的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.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量子电路综合算法,巧妙构造最小完备的Hash函数,可使用多种量子门,采用任意量子代价标准,以极高的效率生成最优的量子可逆逻辑电路.为实现量子电路综合的自动化,首次提出了利用量子线的置换自动构造各种量子门库的通用算法.采用国际同行认可的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其他算法.实验结果表明,该算法按最小长度、最小代价标准综合电路的平均速度分别是目前最好结果的491.5倍、365.13倍. 展开更多

关键词 量子电路优化 HASH表 可逆逻辑电路 量子代价 量子计算

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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

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基于遗传算法的量子可逆逻辑电路综合方法研究 被引量：6

7

作者 吕洪君 乐亮 +1 位作者 韩良顺 解光军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期596-604,共9页

量子可逆逻辑电路综合主要是研究在给定的量子门和量子电路的约束条件及限制下,找到最小或较小的量子代价实现所需量子逻辑功能的电路。把量子逻辑门的功能用矩阵的数学模型表示,用遗传算法作全局搜索工具,将遗传算法应用于量子可逆逻... 量子可逆逻辑电路综合主要是研究在给定的量子门和量子电路的约束条件及限制下,找到最小或较小的量子代价实现所需量子逻辑功能的电路。把量子逻辑门的功能用矩阵的数学模型表示,用遗传算法作全局搜索工具,将遗传算法应用于量子可逆逻辑电路综合,是一种全新的可逆逻辑电路综合方法,实现了合成、优化同步进行。四阶量子电路实验已取得了很好的效果,并进一步分析了此方法在高阶量子电路综合问题上的应用前景。 展开更多

关键词 量子光学 量子电路 逻辑电路综合 基因遗传算法 最优操作路径

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量子可逆电路综合的启发式快速匹配算法 被引量：4

8

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

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量子可逆逻辑电路在线错误检测方法 被引量：5

9

作者 冯冉 王友仁 +1 位作者 陈燕 张砦 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2534-2541,共8页

针对现有的量子可逆逻辑电路在线错误检测方法均存在个别输出位错误无法检测的问题,提出了一种基于容错门的量子可逆逻辑电路在线错误检测方法,该方法对电路输入进行复制,将待测电路分层并将所有非容错门封装成对应的容错门,利用构建电... 针对现有的量子可逆逻辑电路在线错误检测方法均存在个别输出位错误无法检测的问题,提出了一种基于容错门的量子可逆逻辑电路在线错误检测方法,该方法对电路输入进行复制,将待测电路分层并将所有非容错门封装成对应的容错门,利用构建电路的奇偶保持特性在线检测电路输出错误。并基于汉明码技术,设计量子可逆逻辑电路实现数据传输错误的检测与自动纠正。选取多种典型量子可逆逻辑电路进行分析验证,结果表明,本方法能够在线检测电路所有单个位输出错误,并且随着电路规模增加,可逆逻辑门、垃圾位和电路中错误点的数量明显减少。 展开更多

关键词 量子可逆逻辑电路 在线错误检测 奇偶保持 容错门 垃圾位

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基于矩阵初等变换的四量子比特可逆电路综合算法 被引量：2

10

作者 王冬 陈汉武 +1 位作者 安博 杨忠明 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2561-2565,共5页

量子可逆电路实现信息变换的过程可用一个酉矩阵算子表示,采用酉矩阵表示量子可逆电路能更好地反映量子系统的演化,体现量子计算所特有的属性.本文提出基于矩阵初等变换的4量子比特可逆电路综合算法.该算法恰当地利用量子电路的矩阵表... 量子可逆电路实现信息变换的过程可用一个酉矩阵算子表示,采用酉矩阵表示量子可逆电路能更好地反映量子系统的演化,体现量子计算所特有的属性.本文提出基于矩阵初等变换的4量子比特可逆电路综合算法.该算法恰当地利用量子电路的矩阵表示及变换和邻接矩阵的电路转化规则,总能以较小的量子代价综合出任意给定置换的4量子比特可逆逻辑电路. 展开更多

关键词 量子计算 量子可逆逻辑电路 酉矩阵

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量子电路可逆逻辑综合的研究及进展 被引量：4

11

作者 管致锦 秦小麟 葛自明 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 2007年第2期24-27,共4页

分析了量子电路可逆逻辑综合的意义、研究现状和研究进展,给出了相关的研究方法和目前量子可逆逻辑综合研究中存在的主要问题,提出了量子可逆逻辑综合中的最小量子代价、最小化垃圾信息位、最小化门的数量和可逆逻辑综合的规模等关键技... 分析了量子电路可逆逻辑综合的意义、研究现状和研究进展,给出了相关的研究方法和目前量子可逆逻辑综合研究中存在的主要问题,提出了量子可逆逻辑综合中的最小量子代价、最小化垃圾信息位、最小化门的数量和可逆逻辑综合的规模等关键技术问题的解决思路。 展开更多

关键词 量子电路 可逆逻辑 综合

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智能化变电站内量子通信纠错编解码的量子逻辑线路 被引量：2

12

作者 苗新 陈希 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第25期4359-4363,共5页

智能化变电站、换流站内复杂多变的电磁环境会使其中的量子通信系统产生量子比特差错问题。为了解决该问题,提出一种量子通信纠错编解码方法,并用量子逻辑给出相应的量子线路实现方式。通过引入8个量子比特的冗余,通过量子逻辑哈达玛(Ha... 智能化变电站、换流站内复杂多变的电磁环境会使其中的量子通信系统产生量子比特差错问题。为了解决该问题,提出一种量子通信纠错编解码方法,并用量子逻辑给出相应的量子线路实现方式。通过引入8个量子比特的冗余,通过量子逻辑哈达玛(Hadamard)门和异或门及量子逻辑操作X、Z、?Z和ZX,实现了4种不同差错情况的量子比特纠错,从而保证全双工量子通信系统的正常工作。为了实现信息传输时兼顾高效性与安全性,提供一种新的技术体制和技术方案,对未来变电站、换流站的智能化发展提供了一种新的建设思路。 展开更多

关键词 智能化变电站 量子通信 量子逻辑线路 量子比特 量子纠错编码 纠错解码

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基于矩阵编码的量子可逆逻辑电路进化设计方法 被引量：12

13

作者 王友仁 黄媛媛 +1 位作者 冯冉 张砦 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2576-2582,共7页

本文研究基于遗传算法的量子可逆逻辑电路综合技术,能实现可逆逻辑电路功能、量子门数、垃圾位数和量子代价的多目标优化设计.建立了量子可逆逻辑电路综合数学模型,采用了量子可逆逻辑电路矩阵编码方案,设计了量子可逆逻辑电路进化操作... 本文研究基于遗传算法的量子可逆逻辑电路综合技术,能实现可逆逻辑电路功能、量子门数、垃圾位数和量子代价的多目标优化设计.建立了量子可逆逻辑电路综合数学模型,采用了量子可逆逻辑电路矩阵编码方案,设计了量子可逆逻辑电路进化操作算子,给出了量子可逆逻辑电路多目标进化设计算法.以8位量子可逆乘法器为设计实例,实验结果证明了所提出的量子可逆逻辑电路多目标进化设计方法是正确有效的. 展开更多

关键词 量子电路 可逆逻辑 综合技术 多目标优化 遗传算法 TSG门 8位可逆乘法器

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基于改进遗传算法的量子可逆电路综合 被引量：2

14

作者 胡江 张巧文 王阳 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期196-202,共7页

针对可逆电路到量子电路的有效映射问题,提出了带禁忌表的大变异自适应遗传算法,用于量子可逆电路的综合。选取量子非门、控制非门、控制V门与控制V+门(NCV)构成量子门库,建立了量子电路计算模型。采用二进制串行编码方案,设计了适应度... 针对可逆电路到量子电路的有效映射问题,提出了带禁忌表的大变异自适应遗传算法,用于量子可逆电路的综合。选取量子非门、控制非门、控制V门与控制V+门(NCV)构成量子门库,建立了量子电路计算模型。采用二进制串行编码方案,设计了适应度函数、进化算子及优化规则,实现了带禁忌表大变异自适应遗传算法的量子可逆电路综合,并用Revlib电路库进行了测试。结果表明该综合方法能同时得到多个功能解,且所生成电路的量子代价优于库中电路,验证了提出算法用于量子可逆电路综合的正确性和有效性。 展开更多

关键词 量子信息 量子电路 可逆逻辑综合 大变异自适应遗传算法 禁忌表

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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

15

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

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一种通用的可逆比较器级联方法 被引量：3

16

作者 徐明强 管致锦 程学云 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期583-590,共8页

为了提升可逆比较器的通用性,进一步优化可逆比较器电路。分析了比较器的输入与输出的逻辑关系,提出并设计了一位可逆比较器(OBc)和一位可逆完全比较器(OBCC)。在此基础上将这两种器件进行级联,可以快速生成通用可逆比较器的级联电路。... 为了提升可逆比较器的通用性,进一步优化可逆比较器电路。分析了比较器的输入与输出的逻辑关系,提出并设计了一位可逆比较器(OBc)和一位可逆完全比较器(OBCC)。在此基础上将这两种器件进行级联,可以快速生成通用可逆比较器的级联电路。与相关文献对比,该级联方法有效地减少了常量输入和垃圾输出的同时,具有较低的量子代价,易于完成多位二进制数值在可逆电路中的比较。 展开更多

关键词 量子信息 可逆逻辑 可逆比较器 可逆级联电路 量子代价

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基于矩阵初等变换的量子逻辑电路综合的新方法 被引量：4

17

作者 吕洪君 李桦林 解光军 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期588-595,共8页

量子逻辑电路是经典可逆计算和量子计算的交叉领域,对其综合方法的研究具有重要意义。提出了一个基于矩阵初等变换的全新的综合方法,Toffoli门集被选作基本门库,其中每个逻辑门的矩阵都可以分解为初等变换的乘积(称作一个初等变换路径)... 量子逻辑电路是经典可逆计算和量子计算的交叉领域,对其综合方法的研究具有重要意义。提出了一个基于矩阵初等变换的全新的综合方法,Toffoli门集被选作基本门库,其中每个逻辑门的矩阵都可以分解为初等变换的乘积(称作一个初等变换路径),结合一些启发式规则,将得到的初等变换路径变成Toffoli门序列的形式,也即逻辑电路形式。给出了一个三阶逻辑电路的例子,分析了该新方法的性能。 展开更多

关键词 量子信息 量子逻辑电路综合 矩阵初等变换 量子逻辑门

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量子可逆逻辑电路最小代价综合算法 被引量：4

18

作者 李志强 陈汉武 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期249-254,共6页

采用位运算构造了一个完备的Hash函数,提出了基于Hash表的新型量子可逆逻辑电路综合算法.利用该算法可对多种量子门采用任意量子代价标准,以较高的效率生成最优的量子可逆逻辑电路.按照国际同行认可的三变量可逆函数测试标准,该算法不... 采用位运算构造了一个完备的Hash函数,提出了基于Hash表的新型量子可逆逻辑电路综合算法.利用该算法可对多种量子门采用任意量子代价标准,以较高的效率生成最优的量子可逆逻辑电路.按照国际同行认可的三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其他算法.实验结果表明,该算法在同等计算环境下,以目前最好结果为基准,按最小量子代价标准,综合电路的平均速度是最好结果的472.5倍. 展开更多

关键词 量子电路优化 完备Hash函数 可逆逻辑电路 量子代价

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基于位运算的量子可逆逻辑电路快速综合算法 被引量：3

19

作者 李志强 陈汉武 李文骞 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2008年第3期13-17,共5页

量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元。本文结合可逆逻辑电路综合的多种算法,根据可逆逻辑电路综合的本质是置换问题,巧妙应用位运算构造高效完备的Hash函数,提出了基于Hash表的新颖高效的量子可逆逻辑电路综合算法,可使用多种... 量子可逆逻辑电路是构建量子计算机的基本单元。本文结合可逆逻辑电路综合的多种算法,根据可逆逻辑电路综合的本质是置换问题,巧妙应用位运算构造高效完备的Hash函数,提出了基于Hash表的新颖高效的量子可逆逻辑电路综合算法,可使用多种量子门,以极高的效率生成最优的量子可逆逻辑电路,从理论上实现制造量子电路的成本最低。按照国际同行认可的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其它算法。实验结果表明,该算法按最小长度标准综合电路的平均速度是目前最好结果的69.8倍。 展开更多

关键词 量子电路优化 位运算 完备Hash函数 可逆逻辑电路

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量子遗传算法在多输出Reed-Muller逻辑电路最佳极性搜索中的应用 被引量：16

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作者 汪鹏君 李辉 +3 位作者 吴文晋 王伶俐 张小颖 戴静 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1058-1063,共6页

量子遗传算法是一种融合量子计算和遗传算法优点的智能算法,常用于求解组合优化问题.本文给出多输出RM(Reed-Muller)逻辑电路最佳极性搜索方案,将量子遗传算法应用到多输出固定极性RM电路逻辑优化中.针对量子遗传算法易陷入局部极值的缺... 量子遗传算法是一种融合量子计算和遗传算法优点的智能算法,常用于求解组合优化问题.本文给出多输出RM(Reed-Muller)逻辑电路最佳极性搜索方案,将量子遗传算法应用到多输出固定极性RM电路逻辑优化中.针对量子遗传算法易陷入局部极值的缺陷,结合群体灾变思想,提出一种基于量子遗传算法的多输出RM逻辑电路最佳极性搜索算法.最后对多个大规模PLA格式基准电路测试表明:该算法与基于遗传算法的最佳极性搜索相比,在优化能力、寻优性能和收敛速度等方面都有不同程度的提高. 展开更多

关键词 量子遗传算法 极性搜索 多输出RM电路 逻辑优化

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