基于矩阵初等变换的四量子比特可逆电路综合算法

 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.     

基于改进遗传算法的量子可逆电路综合

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.     

基于二分法量子可逆逻辑电路综合

 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n2^n－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.     

基于KFDD的可逆逻辑电路综合设计方法

可逆逻辑作为量子计算,纳米技术,低功耗设计等新兴技术的基础,近年来得到了越来越多的关注和研究.然而,大多数可逆逻辑综合方法对函数真值表表达形式的依赖使得综合电路规模受到了限制.决策图作为一种更加简洁的布尔函数表示方法,其为可逆逻辑综合提供了另一种途径.本文基于Kronecker函数决策图(KFDD)提出了一种适合于综合大规模电路的综合方法.该方法利用KFDD描述功能函数,以局部最优的方式从三种节点分解方法中寻找最优分解方法,并根据Kronecker函数决策图中不同类型的节点构建相应的可逆逻辑电路模块,最后将各节点替换电路模块实现级联得到结果电路.以可逆基准电路为例,对该方法进行了验证.实验结果表明,该方法能以较低的代价实现对较大规模函数的可逆逻辑电路综合.     

综合法研究量子可逆逻辑电路

摘 要：量子可逆逻辑电路优化与综合主要是研究在给定的量子门和量子电路的约束条件下,找到最小或较小的量子代价电路以实现所需电路逻辑功能。量子逻辑真值表综合法是量子电路可逆逻辑综合中最有效的方法之一,它包括正向综合、逆向综合和双向综合。本文推广和定义了横向汉明距离、纵向汉明距离和交叉汉明距离,使用广义汉明距离提出了一种量子电路优化与综合的新方法。研究表明,此方法使量子逻辑电路得到了更好的优化。     

四量子可逆逻辑电路快速综合算法

量子可逆逻辑电路综合是以较小量子代价自动构造所求量子可逆逻辑电路.本文提出了一种新颖高效的4量子电路综合算法,巧妙构造置换的最短编码,通过对量子电路进行特定拓扑变换,无损压缩n量子最优电路占用内存空间近2×n!倍,通过对已生成最优电路的双向级联,可使用多种量子门,采用最小长度标准,以极高效率生成较长的4量子电路,如率先生成基于控制非门、非门、Toffoli门库的全部前8层共3120218828个电路,还可快速综合任意长度不超过16的最优电路,并对4量子标准测试电路进行快速且全面的优化.     

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

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Maslov 2007的近127倍.     

可逆逻辑表达式的识别和图示方法

可逆逻辑电路是仅包含可逆运算的新型电路,还可根除源于信息损失的能耗和发热,是研究与实现超低功耗集成电路、量子计算机及信息安全等的关键基础。文中针对可逆逻辑电路研究的需要,研究了通过识别可逆逻辑表达式提取可逆逻辑电路结构信息,并加以图形化显示的有效方法和可行算法,以便更形象、直观地表达可逆逻辑电路综合、优化的结果,进而为分析、理解和优化可逆逻辑电路提供方便。     

基于遗传算法的量子可逆逻辑电路综合方法研究

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。     

可逆逻辑门进化设计方法的CUDA实现

可逆逻辑门优化程度将直接影响可逆逻辑电路的整体优化,目前已有的优化方法难以实现全局最优。文中基于NCV门库,对遗传算法编码方案和适应度进行了改进,并将进化设计方法改造为CUDA架构下的并行算法应用到可逆逻辑门的优化。其不仅发挥了电路进化设计的全局优化能力,且在不增加硬件规模的前提下,明显提高了电路的搜索速度。     

An Efficient Method to Synthesize Reversible Logic by Using Positive Davio Decision Diagrams

Reversible logic is a key technique for quantum computing leading to quantum communication and quantum computer. However, the bottleneck of low efficiency in the synthesis procedure limits applications of reversible logic and cannot obtain optimized reversible circuits. In this paper, an efficient method based on positive Davio expansion to synthesize reversible circuits is proposed, which generates a positive Davio decision diagram for a logic function and transfers diagram nodes to reversible circuits. A matching template is given to help nodes transformation. The experimental results prove that compared with other synthesis methods, the proposed method can obviously optimize quantum cost and keep very short execution time.     

基于变换的可逆逻辑电路量子代价优化方法

电路优化是可逆逻辑综合的关键问题。为解决可逆逻辑电路优化算法的复杂度高和可伸缩性差的问题,文中针对常见的以Toffoli为构件的可逆逻辑电路,分析归纳了其中相邻逻辑门的关系,提出了该类电路中子序列的移动和化简规则,进而给出了基于这些规则的可逆逻辑电路优化算法。并在此基础上,提出了利用模板匹配法对已被规则优化的电路进行深度优化的有效方法。通过Benchmark的电路测试,结果表明,该方法能够部分减少可逆电路的门数和控制位数,降低了构建可逆电路的代价。     

基于硬件描述语言的可逆逻辑描述与验证方法

针对可逆逻辑综合在设计较大规模可逆逻辑电路中遇到的瓶颈,文中借助于硬件描述语言的高层次抽象描述能力以及现有EDA平台的仿真验证功能,通过在模块中添加辅助位的方法,使得模块在具有相应功能的同时具备可逆性,并对模块进行实例化,实现对可逆算术逻辑单元的描述与综合。仿真验证表明,该方法具有一定的可行性和有效性。