基于正反控制模型的可逆逻辑综合

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.     

基于正反控制门的可逆网络化简

提出并证明正反控制(PNC)门级联电路中的合并、移动和分解规则,利用此规则给出基于PNC门的可逆网络的化简算法。根据移动规则对门序列进行正向和反向双向扫描,寻找符合化简条件的两门,直到可逆网络不发生变化为止。所有3变量可逆函数上的实验结果表明,该算法能减少PNC门级联网络的门数和控制位数,降低可逆网络的代价。     

基于可逆函数复杂性的正反控制门可逆网络综合

提出了基于可逆函数复杂性的正反控制(PNC, Positive/Negative ControD门可逆网络综合方法。该方法根据可逆函数的输出排列,逐次交换输出向量,在交换过程中减少函数的复杂性,直至复杂性为零。每一次向量的交换对应一个独立的PNC门。利用该方法综合部分可逆函数,并将实验结果与国际上代表性文献采用的实验用例进行比较。结果表明,构造的可逆网络在可逆门数上有一定程度的改善。     

基于关联选择的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是可逆计算的重要内容,为了解决可逆逻辑综合中可逆电路构造和优化问题,提出一种基于关联选择的可逆逻辑综合算法及相应的优化算法.将可逆函数用真值表表示,按真值表从上往下的顺序综合,并若干相关联变量作为综合的目标位,分别计算相对混乱度和绝对混乱度,以最小混乱度原则选取可逆逻辑门.该算法及其优化算法的时间复杂度为O(n2×2n),空间复杂度为O(n×2n),优于最佳算法的空间复杂度O(2n!).通过C++语言实现对3变量全部函数及部分4变量函数的综合,并与其他可逆逻辑综合算法的结果及benchmark范例比较,结果表明平均门数均具有一定优势.     

基于带权有向图的可逆逻辑综合改进算法

为减少可逆逻辑综合中使用的可逆门,通过对基于带权有向图的可逆逻辑综合算法的分析,针对函数转换过程中过渡门数较多及电路优化算法简单的问题,提出了有效的等复杂度基本输出变换的概念,扩充并证明了Toffoli门序列的移动和化简规则,给出了改进的基于带权有向图的可逆逻辑综合算法。实验结果表明,该算法不仅减少了可逆电路构成时所使用的可逆门,而且对构建的可逆电路实现了有效化简,大幅度减少了门数和控制位数,降低了可逆电路代价。     

量子可逆逻辑综合的关键技术及其算法

最优化量子可逆逻辑的关键在于用最小的量子代价自动构造量子可逆逻辑.为了提高可逆逻辑自动生成与优化的效率,提出了类模板技术和一种快速算法.模板技术是一个有效的优化工具,类模板技术可以显著提高模板技术的匹配效率;R-M算法是可逆逻辑综合的一种较好的迭代方法,基于R-M算法的原始思想,构造了一个Hash函数,并在此基础上提出了一种可逆逻辑综合的快速算法.实验结果表明,在同等实验环境下使用类模板技术与快速算法,其优化的效果与效率远远优于已知的其他算法.     

基于汉明距离递减变换的可逆逻辑综合算法

可逆逻辑综合是指对给定的可逆函数自动构造对应的可逆逻辑电路.现有的可逆逻辑综合算法虽然通过后期优化能够得到近似最优解,但是都存在生成的原始电路门数较多的问题,增加了后期优化工作的难度.文中提出一种基于真值表异位数计算的综合方法,根据异位数判定是否需增加逻辑非门达到减少输入和输出向量的汉明距离,从而实现边计算边简化函数,最后采用汉明距离递减变换的方法生成最终的电路.通过实验表明,相比于其他的综合算法,该算法得到的原始电路更接近于最优解或近似最优解,很大程度上减少了算法后续的优化工作量.     

基于卡诺图的三变量可逆逻辑综合算法

提出了一种基于卡诺图的可逆逻辑综合算法,该算法可以快速地求解带垃圾位的可逆逻辑综合问题。大量特定的可逆逻辑门都不可避免地带有一定的垃圾位, 如果使用真值表、置换群等经典可逆逻辑综合算法求解这些带垃圾位的可逆逻辑门,则因无法获得全局状态而很难得到结果。根据卡诺图的特点,将可逆逻辑问题分解为多个变量分别求解,无需关心全局状态。提出的卡诺图可逆逻辑综合算法 根据在卡诺图上的邻接性将3变量可逆逻辑问题划分为5个等价类;对每个等价类分别进行计算,在常数时间内解决了带垃圾位的可逆逻辑综合问题。     

一种量子可逆逻辑模板综合算法

模板技术是量子可逆逻辑优化的一个重要手段,其优化程度依赖于模板的完备性.采用遗传算法作为全局搜索工具,提出了一个基于遗传算法的量子可逆逻辑模板综合算法.实验表明,该算法能有效生成新的模板线路,扩充了现有的模板库,提高了优化效率.     

基于相似函数与相似网络的可逆网络化简

提出了可逆函数的相似函数及可逆网络的相似网络,在此基础上构建了可逆网络化简方法。由可逆函数求出其所有的相似函数,对每个相似函数利用可逆逻辑综合算法生成可逆网络,再将其转换成对应的相似网络,并从中选取最优。该网络化简算法实现了生成三变量全部可逆函数和多变量可逆函数的可逆网络,与相关文献及Benchmark中的例题相比,构造可逆网络的门数较少,具有一定的优势。     

基于矩阵初等变换的量子可逆逻辑电路双向综合算法

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。     

混合多值可逆逻辑中广义Toffoli门仅用CNOT门的实现

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。     

On Reversible Combinatory Logic

The λ-calculus is destructive: its main computational mechanism – beta reduction – destroys the redex and makes it thus impossible to replay the computational steps. Recently, reversible computational models have been studied mainly in the context of quantum computation, as (without measurements) quantum physics is inherently reversible. However, reversibility also changes fundamentally the semantical framework in which classical computation has to be investigated. We describe an implementation of classical combinatory logic into a reversible calculus for which we present an algebraic model based on a generalisation of the notion of group.     

有限域上模逆电路的可逆逻辑设计

为了进一步提高加密系统的可靠性,提出了一种新颖的可逆逻辑门,利用它和存在的可逆门,设计了模逆电路所需的基本模块,并在有限域上设计了基于可逆逻辑的模逆电路。根据量子代价和延迟对其基本模块进行了性能评估,结果证明构建模逆电路的基本模块比现有可逆电路的性能提高5%~20%。以有限域GF(23)上求二进制多项式的乘法逆元为例,对提出的模逆电路进行建模仿真,结果表明电路的逻辑结构正确,性能可靠。提出的设计可用于加密算法的量子电路系统。     

粘贴DNA计算模型的几种分子逻辑门的实现

理论上来说,基于DNA的分子逻辑门是DNA计算机体系结构的产生基础和DNA计算机实现技术的硬件基础。在这篇论文中,我们在先前提出的基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现方法的基础上,进一步提出了基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑或门和与非门的实现方法。与先前方法类似,逻辑门、输入信号和输出信号是DNA分子。可以实现OR,NOT和NAND类型的逻辑门操作。需要使用包括聚合酶链反应(PCR),琼脂糖凝胶电泳,探针的标记与检测等生物工程技术。这些技术集成于DNA芯片中可用于DNA计算机的研制。     

基于Hash表的量子可逆逻辑电路综合的快速算法

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49.15倍、365.13倍.