在社会不断进步的过程中,科技发展对数据处理效率和计算机的计算能力提出了越来越高的要求。本文研究的三值量子可逆逻辑电路合成和三值量子算法就是为构建运算速度更快的下一代量子计算机而开展的基础性研究工作。论文分析了三值量子逻辑的优势,为研究三值量子可逆逻辑电路合成及三值量子遗传算法提供了理论支持。从三值Pauli算子特性出发,经过严格的数学推导,定义了一组三值量子逻辑基本门,通过若干引理和定理的证明,得出了基态三值量子可逆电路的合成算法,并设计了几个典型的三值量子可逆逻辑电路。提出了基于Lie群的Cartan分解算法,实现了对任意三值量子酉变换的分解,继而实现了对任意三值量子可逆逻辑电路合成。论文证明了对任意两个不同指派的向量s和t,对换（s t）运算可以通过一系列EQKCXi门级连实现。任意的EQKCXi门,可以采用iX门和QKCXi门来实现。对所有的基态三值量子可逆逻辑电路可以用iX门和QKCXi门来实现。基于这些结论,得到了合成任意n′n的基态三值量子可逆逻辑电路的算法。为了进一步精简和约化电路,定义了QSwap门、QCNOT门和EQCNOT门,并证明所有的基态量子可逆逻辑电路可由2-qutrit的QSwap门,QNOT门和QCNOT门合成,并且无附加位。证明了任意基态三值量子可逆逻辑电路可以用iX门和2-qutrit的QCNOT门合成。引入基于Lie群的Cartan分解方法,将作用于单个qutrit上的任意酉门分解为e^iαR_y⁰¹（β）⁰²（γ）R_y⁰¹（δ）R_z⁰²（θ）R_z⁰²（φ）R_y⁰¹（β’）R_y⁰²（γ’）R_y⁰¹（δ’）的形式,将问题转化为基于两个基态分量的若干旋转门乘积加以解决。将N=3ⁿ维希尔伯特空间中的U算子分解为U=（Σ|N）k=1e^iΨk|Ψ_k＞＜Ψ_k|=U₁U₂...U_N的形式,从而实现了对任意n-qutrit三值量子可逆逻辑电路的合成,并通过完整合成一个8-qutrit量子可逆逻辑加法器QT8S验证了合成算法的正确性。在三值量子算法方面,论文深入研究了量子Fourier变换,然后通过严格的数学推导,将量子Fourier变换转化为三值量子状态空间的张量积表现形式。定义了三值量子Hadamard门和三值CR_k门,并通过它们实现了三值量子Fourier变换运算。通过一个相对简单的实例分析,验证了三值量子Fourier变换电路的正确性。通过定性分析,发现用三值量子基本门实现QFT算法时,所需的量子门数大约是二值量子情况的50%,进一步证实了三值量子逻辑的强大优势。在多值量子算法实用性研究方面,论文将三值量子计算原理与遗传算法结合起来,设计了一种三值量子遗传算法,引入三值量子比特（qutrit）向量,在三值量子旋转门的作用下,促使染色体演化,从而得到了一种具有较好应用价值的随机搜索算法。为了验证三值量子遗传算法的求解问题能力,将其用于智慧城市中无线视频传感器节点部署的应用中。算法仿真实验表明,算法的性能是十分优秀的,能满足工程应用的需要。