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上世纪中叶,人们发现能耗会导致计算机中的芯片发热,极大地影响了芯片的集成度,限制了计算机的运行速度。研究发现,能耗来源于计算过程中的不可逆操作。量子计算机的概念就源手为解决计算机能耗问题而开展的可逆计算机的研究,即能否为经典计算机找到一种对应的不影响运算能力的可逆计算机。
量子计算机不仅能够模拟量子系统,而且能够利用量子并行计算的优势为经典计算机中的NP商题设计多项式时间的算法。本文采用量子计算研究中最具代表性的电路模型模拟量字计算过程,构建了量子信息与计算的仿真平台雏形。实验平台采用新的量子寄存器结构作为存储媒介,在空间性能上优于早先的矩阵存储形式:将量子逻辑门对量子基矢的作用直接映射为位之间的逻辑关系,避免了大量乘法运算的时间。平台的首要目的是模拟两个重要的量子算法-Deutsch算法和量子Fourier变换的演算,并利用量子Fourier变换的结果来实行大数因式分解。通过实验及仿真结果说明了基于逻辑位的操作优于基于矩阵运算。平台的第二目的是进行量子布尔电路的规范形式化简,根据规范形式量子布尔电路的定义,引入了化简规则,改进了电路规范化简算法,降低了电路的规模。