【摘 要】
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可逆逻辑在量子计算、光计算和低功耗线路等新兴领域中具有良好的应用前景,许多量子算法需要计算一些经典的逻辑函数,直接利用可逆逻辑线路来实现逻辑函数常常需要消耗大量资源。因此,可逆逻辑线路的综合与优化成为近些年的研究热点。本文研究内容主要分为以下几方面:1、基于最小权和模板匹配的Oracle线路优化针对布尔函数f（x）集合构建的Oracle线路,提出了一种基于最小权和模板匹配的优化算法。整个过程可以分
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可逆逻辑在量子计算、光计算和低功耗线路等新兴领域中具有良好的应用前景,许多量子算法需要计算一些经典的逻辑函数,直接利用可逆逻辑线路来实现逻辑函数常常需要消耗大量资源。因此,可逆逻辑线路的综合与优化成为近些年的研究热点。本文研究内容主要分为以下几方面:1、基于最小权和模板匹配的Oracle线路优化针对布尔函数f（x）集合构建的Oracle线路,提出了一种基于最小权和模板匹配的优化算法。整个过程可以分为两个阶段,第一个阶段基于最小权匹配算法对Oracle线路相同受控点的MCT门进行重排序,最小化生成线路的门数;第二个阶段利用模板匹配的方式,进一步降低线路的门数和代价。实验表明,相较于优化工具RCViewer+,在4～10位量子比特数下,Deutsch-Jozsa（DJ）算法下的Oracle线路门数降低了约48.3%,代价减少了约64.5%;Grover算法下的Oracle线路门数降低了约25.0%,代价减少了约18.2%。2、基于共享节点的ESOP线路优化针对ESOP线路中共享节点数目相等,导致节点选择的随机性和无法最大化降低成本的问题,提出了一种基于共享节点的ESOP优化。第一阶段以最大成本为度量,利用动态规划的方式对共享节点进行搜索,能够找到最佳匹配。第二阶段利用多种门对组合的转换模板,采用贪心的策略优化共享后的线路,能够进一步的优化线路。与共享节点方法相比,两阶段的量子成本平均减少了约6.8%和18.4%;与模板匹配方法比较,线路总成本减少了约40.58%。3、基于Grover量子算法0-1背包问题线路的实现结合Grover量子搜索算法,对0-1背包问题进行了线路实现。利用量子逻辑线路的综合算法构建出背包问题的Oracle线路,同时引入NCV门库,降低了线路的总成本,简化了线路结构。实验结果表明,优化后线路成本降幅大概在30%左右,且量子位数越多,优化效果越明显。
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