扩展Toffoli门及其在多输出电路设计中的应用 被引量：1

1

作者 张小颖 王伶俐 +1 位作者 吴文晋 汪鹏君 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第2期88-91,共4页

用量子计算电路实现布尔逻辑运算是发展量子计算的一个重要目标。提出了量子扩展Toffoli门,及其在实现多输出逻辑电路中的转换算法。该算法将传统PLA文件的SOP积项转换到实现等价逻辑功能的量子Toffoli积项,能够用量子扩展Toffoli门实... 用量子计算电路实现布尔逻辑运算是发展量子计算的一个重要目标。提出了量子扩展Toffoli门,及其在实现多输出逻辑电路中的转换算法。该算法将传统PLA文件的SOP积项转换到实现等价逻辑功能的量子Toffoli积项,能够用量子扩展Toffoli门实现。通过MCNC基准电路的测试结果表明,与经典PLA描述相比,用扩展Toffoli门能够更有效地描述多输出逻辑函数。 展开更多

关键词 量子计算 扩展toffoli门 与/异或逻辑 可编程逻辑阵列

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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

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基于控制K次平方根非门的类Toffoli门构造方法

3

作者 李志强 冯小霞 陈汉武 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2014年第6期975-980,共6页

在量子电路综合算法中,由于非置换量子门比置换量子门具有更复杂的规则,直接使用非置换量子门会大幅度提高综合算法的复杂性,因此可先使用非置换量子门生成相应的置换量子门,然后再用这些置换量子门综合所求量子可逆逻辑电路,从而提高... 在量子电路综合算法中,由于非置换量子门比置换量子门具有更复杂的规则,直接使用非置换量子门会大幅度提高综合算法的复杂性,因此可先使用非置换量子门生成相应的置换量子门,然后再用这些置换量子门综合所求量子可逆逻辑电路,从而提高算法性能。本文重点研究如何用非置换量子门构造新的置换量子门,为此吸收了格雷码的思想,提出了一种高效的递归构造方法,实现使用控制非门和控制K次平方根非门(非置换量子门),快速生成最优的类Toffoli门(置换量子门)。 展开更多

关键词 量子门 量子电路 可逆逻辑 格雷码

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一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

4

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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量子可逆逻辑电路综合的快速算法研究 被引量：9

5

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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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

6

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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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

7

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Hash表的量子可逆逻辑电路综合的快速算法 被引量：7

8

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

9

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

10

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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基于二分法量子可逆逻辑电路综合 被引量：6

11

作者 杨忠明 陈汉武 王冬 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1045-1049,共5页

为了能以较小的代价自动高效地构造量子可逆逻辑电路,提出了一种新颖的量子可逆逻辑电路综合方法.该方法通过线拓扑变换和对换演算,利用递归思想,将n量子电路综合问题转换成单量子电路综合问题,从而完成电路综合,经过局部优化生成最终电... 为了能以较小的代价自动高效地构造量子可逆逻辑电路,提出了一种新颖的量子可逆逻辑电路综合方法.该方法通过线拓扑变换和对换演算,利用递归思想,将n量子电路综合问题转换成单量子电路综合问题,从而完成电路综合,经过局部优化生成最终电路.该算法综合出全部的3变量可逆函数,未优化时平均需6.41个EGT门,优化后平均只需5.22个EGT门;理论分析表明,综合n量子电路最多只需要n2n-1个EGT门.与同类算法相比,综合电路所用可逆门的数量大幅减少.同时该算法还避免了时空复杂度太大的问题,便于经典计算机实现. 展开更多

关键词 可逆逻辑 电路综合 多量子 二分法 量子计算

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量子可逆逻辑电路在线错误检测方法 被引量：5

12

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

13

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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量子全加器设计 被引量：3

14

作者 常丽 朱宇祥 蒋辉 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1863-1867,共5页

量子全加器是量子计算机的基本单元,为了减少能耗,降低构造成本及物理实现难度,本文提出一种新型 n 位量子全加器,使用 3n 个CNOT(Controlled NOT)门和 2n -1个Toffoli门实现 n 位量子加减法,采用超前进位方式,不含进位输入,通过最高溢... 量子全加器是量子计算机的基本单元,为了减少能耗,降低构造成本及物理实现难度,本文提出一种新型 n 位量子全加器,使用 3n 个CNOT(Controlled NOT)门和 2n -1个Toffoli门实现 n 位量子加减法,采用超前进位方式,不含进位输入,通过最高溢出标志位判断加法的进位和减法的正负号,标志位不参与高低位计算,不增加电路延时,适合 n 位量子并行计算.随机生成4、8、16和32位数分别进行加减仿真操作,验证了全加器的正确性.该全加器量子代价较低,结构简单,有利于提高集成电路规模和集成度. 展开更多

关键词 可逆逻辑电路 量子全加器 超前进位 量子代价 电路能耗 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

15

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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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

16

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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一种容错可逆的通用移位寄存器设计 被引量：1

17

作者 杨洁 汤其妹 +2 位作者 陈付龙 齐学梅 叶和平 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期600-606,共7页

为了使计算系统具有低功耗和容错能力，基于可逆逻辑设计了一种容错的通用移位寄存器。提出了一种新型的容错可逆逻辑门（Parity-preserving Dflip—flopgate，PP—DFG），利用它和存在的容错门，完成了寄存器和多路数据选择器的设计。... 为了使计算系统具有低功耗和容错能力，基于可逆逻辑设计了一种容错的通用移位寄存器。提出了一种新型的容错可逆逻辑门（Parity-preserving Dflip—flopgate，PP—DFG），利用它和存在的容错门，完成了寄存器和多路数据选择器的设计。综合上述模块，构建了容错可逆的通用移位寄存器电路，用Verilog硬件描述语言建模，仿真显示电路逻辑结构正确。同现有电路相比，根据量子代价、延迟和无用输出对其进行性能评估，结果表明该电路不仅具有容错功能，而且性能提高了16％-48％。设计的电路可作为一种重要的存储元件应用于未来的低功耗计算系统。 展开更多

关键词 量子计算 可逆逻辑 容错 PP_DFG门 移位寄存器 仿真

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二分法在多线量子逻辑门分解中的应用

18

作者 许新山 肖芳英 +1 位作者 张军 陈汉武 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期928-931,共4页

将经典的对称二分法应用于多线量子可逆逻辑门的分解中,证明当量子位数n≥5且3≤k≤n-2时,任意多线量子可逆逻辑门(′k-′CNOT门)可以在没有辅助位的情况下由少于[4﹂log2(k-2)」+1-3(2﹂log2(k-2)」+1-k+1)2﹂log2(k-2)」]个′2-′CNOT... 将经典的对称二分法应用于多线量子可逆逻辑门的分解中,证明当量子位数n≥5且3≤k≤n-2时,任意多线量子可逆逻辑门(′k-′CNOT门)可以在没有辅助位的情况下由少于[4﹂log2(k-2)」+1-3(2﹂log2(k-2)」+1-k+1)2﹂log2(k-2)」]个′2-′CNOT门(Toffoli门)构成.利用该方法可以使由多线量子可逆逻辑门分解而生成的物理电路门阵列数大幅下降.与Yang等报道的实验结果相比,′2-′CNOT门的数量级由O(2k)减少为O(k2). 展开更多

关键词 多线量子可逆逻辑门 量子可逆逻辑电路 二分法 量子逻辑门分解

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基于真值表演算的四量子电路综合方法

19

作者 杨忠明 陈汉武 +2 位作者 安博 王冬 李志强 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期285-290,共6页

为了能以较小的代价高效地自动构造量子可逆逻辑电路,提出了一种新颖的四量子可逆逻辑综合方法.该方法首先将一个四量子电路的函数表示成真值表的形式;然后利用传统的递归思想,通过对换演算,将四量子电路映射函数的真值表分解成2块相互... 为了能以较小的代价高效地自动构造量子可逆逻辑电路,提出了一种新颖的四量子可逆逻辑综合方法.该方法首先将一个四量子电路的函数表示成真值表的形式;然后利用传统的递归思想,通过对换演算,将四量子电路映射函数的真值表分解成2块相互独立的三量子电路映射函数的真值表;再查找相应的最优三量子电路,直接生成相关电路;最后将对换运算的电路并入该电路,经过局部优化即可生成最终电路.分析结果表明,用该方法综合四量子电路能大幅减少TOF门的数量,平均需要15.74个TOF门,最多只需24个TOF门.同时该算法避免了穷举法所需的时空复杂度太大的问题,便于经典计算机实现. 展开更多

关键词 四量子 可逆逻辑 置换 四量子电路综合 量子计算

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量子可逆逻辑电路双向综合算法

20

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

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