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量子电路的研究对量子计算与量子信息的发展具有重要的意义,量子电路不仅能够应用于量子计算,而且可以应用于低功耗CMOS、纳米技术以及光计算等领域。量子电路综合,是研究在给定的可逆函数、量子门及其他约束条件下,找到实现该可逆函数功能的,具有最小或较小的量子代价的逻辑电路。
现有的可逆逻辑综合算法一般是先生成原始电路,然后通过特定的优化规则对原始电路进行优化,以期得到最优或较优的电路。然而,现有算法生成的原始电路门数较多,这增加了后续优化工作的难度。本文提出了一种基于可逆函数的真值表的异位数定义,然后根据异位数来判定是否需增加非门来减少输入和输出向量的汉明距离,从而简化函数,最后采用汉明距离递减变换的算法生成最终的电路。该算法极大的减少了原始电路的门数,从而降低了后续优化工作的难度。通过对扩展通用Toffoli(EGT)门特性的分析,本文给出了一种适用于该通用算法的优化策略。
利用该算法,对所有三比特可逆函数进行了量子电路仿真实现,并对实验结果进行了统计分析。实验结果表明,相比于其他的综合算法,本文算法生成的原始电路更接近于最优解或近似最优解,从而简化了后续优化工作。