量子電路構(gòu)造方法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、量子計(jì)算機(jī)由量子電路組成，量子電路由各類量子門的組合與級(jí)聯(lián)構(gòu)成。為了設(shè)計(jì)出更優(yōu)的量子可逆邏輯電路，需重點(diǎn)研究量子可逆電路的合成方法和優(yōu)化技術(shù)，即量子電路綜合算法研究。量子電路優(yōu)化的目標(biāo)是保持量子電路功能不變的前題下，盡可能地減少電路量子門的數(shù)目、垃圾位等，從而進(jìn)一步減少電路的量子代價(jià)。又因?yàn)榱孔舆壿嬰娐肥怯筛黝惲孔娱T組成，可將各種量子門分別通過置換門與非置換門的級(jí)聯(lián)生成更優(yōu)的量子門來替代原來電路中的門，從而使該電路整體達(dá)到更優(yōu)。因此我們

2、對(duì)量子門及量子電路的綜合算法及相關(guān)理論進(jìn)行了深入研究，主要研究工作及成果如下:
　　(1)提出了基于控制K次平方根非門的類Toffoli門的最小量子代價(jià)構(gòu)造方法。在量子電路綜合算法中，由于非置換量子門比置換量子門具有更復(fù)雜的規(guī)則，直接使用非置換量子門會(huì)大幅度提高綜合算法的復(fù)雜性，因此可先使用非置換量子門生成相應(yīng)的置換量子門，然后再用這些置換量子門綜合所求量子可逆邏輯電路，從而提高算法性能。將重點(diǎn)研究如何用非置換量子門構(gòu)造新的置換量

3、子門，吸收了格雷碼的思想，提出了一種高效的遞歸構(gòu)造方法，實(shí)現(xiàn)使用控制非門和控制K次平方根非門（非置換量子門），快速生成最優(yōu)的類Toffoli門（置換量子門）。
　　(2)提出了基于量子可逆邏輯的桶型位移器設(shè)計(jì)。桶型位移器是高速處理器的常用部件，可在單周期內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)字實(shí)現(xiàn)指定位數(shù)的位移操作，在量子可逆邏輯電路的基礎(chǔ)上，提出了有n個(gè)輸入位和k個(gè)控制位的位移器，記為(n，k)位移器。為綜合可逆的位移器，提出了基于置換群分解的新方法，僅使用

4、(3，1)位移器與控制交換門，快速生成較小量子代價(jià)的任意控制位移器，可將最小的k個(gè)相應(yīng)的(n，1)位移器級(jí)聯(lián)，生成可任意位移的(n，k)桶型位移器。
　　(3)開發(fā)了基于Visio的量子電路矢量圖自動(dòng)生成技術(shù)。目前量子可逆邏輯電路的繪制工作十分復(fù)雜。雖然現(xiàn)有的自動(dòng)繪圖工具只能滿足基本的繪圖需求，但它們繪制出的是低分辨率的點(diǎn)陣圖，而這種點(diǎn)陣圖很難滿足于研究們?cè)谡撐陌l(fā)表時(shí)對(duì)高清圖像的要求。因此，用C＃對(duì)Visio繪圖功能進(jìn)行二次開發(fā)，