光子轨道角动量及其在量子计算中的应用研究

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作者 张敏 范亚男 +3 位作者 寇芸洁 朱雁兵 尚佳奇 王斐然 《光通信研究》 北大核心 2025年第3期25-32,共8页

光子轨道角动量(OAM)由于螺旋相位和高维量子特性,在量子计算方面有着巨大的应用潜力。文章基于当前已有的研究工作,介绍了OAM的重要发展历程以及各领域的相关应用,并给出了基于OAM的量子逻辑门以及其实验实现的相关工作,如高维非门、... 光子轨道角动量(OAM)由于螺旋相位和高维量子特性,在量子计算方面有着巨大的应用潜力。文章基于当前已有的研究工作,介绍了OAM的重要发展历程以及各领域的相关应用,并给出了基于OAM的量子逻辑门以及其实验实现的相关工作,如高维非门、交换门和控制门等。同时,介绍了几种基于OAM的量子算法。近年来,OAM在量子计算方面的研究成为一大热点领域,但该领域尚处于发展阶段,还有很多技术和理论上的挑战需要克服。相信随着科技的进步,其在未来具有非常广阔的发展前景。 展开更多

关键词 量子计算 光子轨道角动量 量子逻辑门

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基于混淆S盒的高维量子同态加密机制

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作者 宋秀丽 周建兵 +3 位作者 廖金伟 邓红耀 刘羽 吴涛 《密码学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期1003-1017,共15页

在量子同态加密机制中,对密文量子态执行同态评估计算并解密得到的结果与对明文量子态直接评估计算所得的结果相同.现有的量子同态加密机制不仅评估算子的逻辑门种类有限,而且使用单点或多点混淆导致计算开销较大.鉴于此,本文使用量子... 在量子同态加密机制中,对密文量子态执行同态评估计算并解密得到的结果与对明文量子态直接评估计算所得的结果相同.现有的量子同态加密机制不仅评估算子的逻辑门种类有限,而且使用单点或多点混淆导致计算开销较大.鉴于此,本文使用量子随机游走构建了一个混淆S盒并将其应用到高维量子同态加密机制的设计之中.客户端使用高维的Pauli算子对明文量子态加密之后,将密文量子态发送至服务器;服务器从评估算子集合中选取客户端需要的评估算子,配合评估参数对密文量子态执行评估操作,并将评估结果发送至解密方执行解密运算.为了避免服务器在执行评估操作时泄露解密密钥,客户端通过设计的混淆S盒来完成对解密密钥的混淆并将结果传输给解密方.解密方执行逆混淆S盒还原出解密密钥,并使用该密钥执行解密操作得到委托计算结果.对比同类型的相似机制,该机制增加了评估算子的种类,降低了量子混淆S盒的开销;通过仿真实验结果证明了提出机制的正确性,并从信息理论层面证明了该机制的安全性. 展开更多

关键词 量子同态加密 混淆S盒 高维量子逻辑门 评估算子集合

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一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

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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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量子信息中的腔QED方案简介 被引量：14

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作者 曹卓良 李英群 +1 位作者 汪贤才 杨名 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期244-256,共13页

在量子信息领域,腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。随着技术的发展,越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED方案在实验上实现,例如,纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。这里,我们将腔-QED的发展作一综... 在量子信息领域,腔量子电动力学(Cavity—QED)方案被认为是最有效的量子信息方案之一。随着技术的发展,越来越多的量子信息处理过程可通过腔-QED方案在实验上实现,例如,纠缠态的制备和量子逻辑门的实现。这里,我们将腔-QED的发展作一综述。腔-QED方案的核心就是腔场和原子的相互作用。根据原子的跃频率和场模频率的关系,我们可以将上述相互作用分为两大类:共振相互作用(原子的跃迁频率等于场模频率)和失谐相互作用(原子的跃迁频率与场模频率的失谐量很大)。从这两不同的方案出发,我们都可以实现:纠缠态的制备、未知量子态的隐形传输和量子逻辑门的构建。但是在共振相互作用中,量子信息处理过程对腔的Q值要求很高,这就使得实验实现很困难。而大失谐相互作用对腔的Q值要求大大降低,使得实验实现成为可能。通过比较,我们认为,大失谐方案为量子信息处理开辟了广阔的前景,使量子网络和量子计算机在不久的将来成为可能。 展开更多

关键词 腔量子电动力学 量子光学 纠缠态 量子隐形传态 逻辑门 量子网络

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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

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

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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

6

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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非可逆逻辑门的量子可逆实现研究 被引量：6

7

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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基于正反控制模型的可逆逻辑综合 被引量：10

8

作者 管致锦 秦小麟 +1 位作者 施佺 郑吉平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期835-844,共10页

对一般Toffoli门进行了衍变和推广,给出了一个正反控制可逆级联模型(PNCRC),该模型拥有五种基本线型,并能正反控制目标位的输出.基于该模型给出了相应的可逆综合算法.对输入数不大于16的NCMCBench-mark函数进行测试并与已有的可逆综合... 对一般Toffoli门进行了衍变和推广,给出了一个正反控制可逆级联模型(PNCRC),该模型拥有五种基本线型,并能正反控制目标位的输出.基于该模型给出了相应的可逆综合算法.对输入数不大于16的NCMCBench-mark函数进行测试并与已有的可逆综合方法比较,结果表明,利用该模型进行的可逆综合,垃圾信息数和可逆门数的优化效果都具有一定程度的改善. 展开更多

关键词 可逆逻辑 可逆门 垃圾信息 正反控制 可逆网络

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基于新型量子逻辑门库的最优NCV三量子电路快速综合算法 被引量：5

9

作者 李志强 陈汉武 +2 位作者 刘文杰 薛希玲 肖芳英 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期690-697,共8页

许多量子电路综合算法由于指数级时间与空间复杂度,只能用可逆逻辑门综合3量子逻辑电路,仅有少数算法实现用量子非门,控制非门,控制V门与控制V+门(NCV)综合3量子逻辑电路,主要方法是将电路综合问题简化为四值逻辑综合问题.本文提出用NC... 许多量子电路综合算法由于指数级时间与空间复杂度,只能用可逆逻辑门综合3量子逻辑电路,仅有少数算法实现用量子非门,控制非门,控制V门与控制V+门(NCV)综合3量子逻辑电路,主要方法是将电路综合问题简化为四值逻辑综合问题.本文提出用NCV门构造新型量子逻辑门库,该库与NCV门库在综合最优3量子逻辑电路上等价,因此又可将四值逻辑综合问题进一步简化为更易求解的二值逻辑综合问题,使用基于完备Hash函数的3量子电路快速综合算法,快速生成全部最优的3量子逻辑电路,以最小代价综合电路的平均速度是目前最好结果Maslov2007的近127倍. 展开更多

关键词 可逆逻辑 NCV门库 多值逻辑 完备Hash函数 量子代价

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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

10

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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模板技术在量子逻辑电路优化中的应用 被引量：3

11

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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量子可逆电路综合的启发式快速匹配算法 被引量：4

12

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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多值逻辑量子置换门的酉矩阵表示 被引量：3

13

作者 王冬 陈汉武 +1 位作者 朱皖宁 刘志昊 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期639-644,共6页

理论上量子可逆电路不存在能量耗散问题,因此量子计算系统对环境产生的负面影响可以达到最低.多值逻辑量子置换门是构建多值逻辑量子电路的基本单元.该文从数学的角度研究多值逻辑量子置换门的酉矩阵,提出了一种构造多值逻辑量子置换门... 理论上量子可逆电路不存在能量耗散问题,因此量子计算系统对环境产生的负面影响可以达到最低.多值逻辑量子置换门是构建多值逻辑量子电路的基本单元.该文从数学的角度研究多值逻辑量子置换门的酉矩阵,提出了一种构造多值逻辑量子置换门酉矩阵的方法,并对其正确性进行了讨论.在此基础之上,又给出了构造混合多值逻辑量子置换门酉矩阵的框架,利用此框架可以方便地构造任何混合逻辑量子置换门的酉矩阵.酉矩阵是量子门的数学模型,可以清晰地反映出量子门的数学性质.研究量子门的酉矩阵对验证量子门的正确性和可靠性,分析量子状态在电路中的演化过程及发展趋势具有一定的意义. 展开更多

关键词 绿色计算 量子计算 多值逻辑 量子门 低功耗

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经典逻辑门与量子逻辑门之比较 被引量：5

14

作者 林家逖 任德龙 +1 位作者 田欣 刘亮 《计算机工程与科学》 CSCD 2005年第11期93-95,共3页

本文通过经典逻辑门与量子逻辑门之比较,论述了量子计算的特点、量子算法的巨大威力及量子逻辑门的实现问题。

关键词 量子逻辑门 量子算法 经典逻辑门

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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

15

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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量子可逆逻辑电路在线错误检测方法 被引量：5

16

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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可控量子计数器的构造 被引量：3

17

作者 马雷 陆俭 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期47-50,共4页

本文构造了可控量子计数器,当控制位为“0”时所有输入位原样输出,而当控制位为“1”时输出比输入进一位,该模型在应用上可为量子计算机提供具有通用性和可扩展性的计数和存储单元。

关键词 量子计算机 量子逻辑门 量子计数器 存储 可扩展性

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高效容错可逆的汉明码编码和检测电路 被引量：4

18

作者 齐学梅 陈付龙 罗永龙 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期586-593,共8页

为了检验传输过程中数据的可靠性，设计了容错可逆的汉明码电路。提出了一种新型的可逆逻辑门（FVG），并且完成了FVG门等价的量子实现。利用FVG门和现有的容错可逆门，实现了汉明码编码电路和检测电路。以（7，4）汉明码设计为实例，... 为了检验传输过程中数据的可靠性，设计了容错可逆的汉明码电路。提出了一种新型的可逆逻辑门（FVG），并且完成了FVG门等价的量子实现。利用FVG门和现有的容错可逆门，实现了汉明码编码电路和检测电路。以（7，4）汉明码设计为实例，根据量子代价和延迟对其进行性能评估，结果证明该电路比现有电路的性能提高10％-20％，仿真实验结果显示，电路逻辑结构正确，性能可靠。 展开更多

关键词 量子信息 可逆逻辑 容错 汉明码 FVG门 编码和检测

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量子计算 被引量：44

19

作者 夏培肃 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2001年第10期1153-1171,共19页

近几年来 ,量子计算机逐渐引起人们的关注 .对于计算机科技人员 ,量子计算机似乎高深莫测 .文章是专门为那些不懂量子力学而又想了解量子计算机的计算机工作者而撰写的 .介绍了和量子计算有关的术语和符号 ,并着重阐明一个 n位量子寄存... 近几年来 ,量子计算机逐渐引起人们的关注 .对于计算机科技人员 ,量子计算机似乎高深莫测 .文章是专门为那些不懂量子力学而又想了解量子计算机的计算机工作者而撰写的 .介绍了和量子计算有关的术语和符号 ,并着重阐明一个 n位量子寄存器为何能存储 2 n 个 n位数 ?量子计算机的一次操作为何能计算所有 x的 f ( x) ?对于解某些问题 ,量子计算机为何能有惊人的运算速度 ?除了上面 3个问题外 ,还将介绍基本的量子逻辑门和量子逻辑网络 ,接着介绍一个量子算法 ,然后介绍量子计算机的组织结构 ,最后是讨论 ,将评价量子计算机的优势和弱点 ,并讨论量子计算机的物理实现和对量子计算的展望 . 展开更多

关键词 量子计算 量子位 量子力学 量子计算机

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基于NCP门库的一维量子行走可逆逻辑电路 被引量：1

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作者 朱皖宁 陈汉武 +3 位作者 李志钢 阮越 王冬 周刚 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期91-97,共7页

本文提出了基于NCP门库的一维量子行走可逆逻辑电路设计方案.根据一维量子行走的特点,电路被划分为投掷硬币和S操作两个部分;文章详细分析一维量子行走,对其行为数学建模,巧妙利用可控加减电路实现了S操作.目前对于量子行走算法的研究... 本文提出了基于NCP门库的一维量子行走可逆逻辑电路设计方案.根据一维量子行走的特点,电路被划分为投掷硬币和S操作两个部分;文章详细分析一维量子行走,对其行为数学建模,巧妙利用可控加减电路实现了S操作.目前对于量子行走算法的研究多数局限于数学理论和数理解析层面,在量子电路理论层面对量子行走算法的研究为数不多.本文利用原始递归给出了一维量子行走中每一步在量子电路理论层面上的数学表达式;提出的可逆逻辑电路描述了一维量子行走的最基本操作,并且将其使用模块化表示,使一维量子行走算法的研究从理论到实现上前进了一步. 展开更多

关键词 一维量子行走 NCP门库 可逆逻辑 可控加减电路 原始递归

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