基于真值表演算的四量子电路综合方法

为了能以较小的代价高效地自动构造量子可逆逻辑电路,提出了一种新颖的四量子可逆逻辑综合方法.该方法首先将一个四量子电路的函数表示成真值表的形式;然后利用传统的递归思想,通过对换演算,将四量子电路映射函数的真值表分解成2块相互独立的三量子电路映射函数的真值表;再查找相应的最优三量子电路,直接生成相关电路;最后将对换运算的电路并入该电路,经过局部优化即可生成最终电路.分析结果表明,用该方法综合四量子电路能大幅减少TOF门的数量,平均需要15.74个TOF门,最多只需24个TOF门.同时该算法避免了穷举法所需的时空复杂度太大的问题,便于经典计算机实现.

一种时序量子电路的综合流程

时序量子电路设计还处于起步阶段,目前所提出的基于状态转移图的时序量子电路综合流程存在较大的局限性,部分状态转移图无法用该方法综合。为了使该流程适用于任意状态转移图,在对特殊节点的综合中需要进行归一操作。对该特殊节点的综合被分为6个具有不同功能的操作区以保证可逆性。并通过该流程的初步优化方案以及一个一般状态转移图的综合实例证明了所提方法的有效性。

基于矩阵初等变换的量子逻辑电路综合的新方法

量子逻辑电路是经典可逆计算和量子计算的交叉领域,对其综合方法的研究具有重要意义。提出了一个基于矩阵初等变换的全新的综合方法,Toffoli门集被选作基本门库,其中每个逻辑门的矩阵都可以分解为初等变换的乘积(称作一个初等变换路径),结合一些启发式规则,将得到的初等变换路径变成Toffoli门序列的形式,也即逻辑电路形式。给出了一个三阶逻辑电路的例子,分析了该新方法的性能。

三值量子基本门及其对量子Fourier变换的电路实现

理论上可以把量子基本门组合在一起来实现任何量子电路和构建可伸缩的量子计算机。但由于构建量子线路的量子基本门数量庞大,要正确控制这些量子门十分困难。因此,如何减少构建量子线路的基本门数量是一个非常重要和非常有意义的课题。提出采用三值量子态系统构建量子计算机,并给出了一组三值量子基本门的功能定义、算子矩阵和量子线路图。定义的基本门主要包括三值量子非门、三值控制非门、三值Hadamard门、三值量子交换门和三值控制CRk门等。通过把量子Fourier变换推广到三值量子态,成功运用部分三值量子基本门构建出能实现量子Fourier变换的量子线路。通过定量分析发现,三值量子Fourier变换的线路复杂度比二值情况降低了至少50%,表明三值量子基本门在降低量子计算线路复杂度方面具有巨大优势。

基于Cirq的Deutsch-Jozsa电路综合算法

研究Deutsch问题的关键在于构建Oracle电路和综合Deutsch电路。利用Google推出的Cirq框架,首次提出了一个针对n比特Deutsch-Jozsa算法的电路综合算法。该算法根据输入的量子线数n,随机生成f(x)集合,从而构建Deutsch电路并对其进行模拟。其中,生成的f(x)集合是常数函数或者平衡函数的概率是相等的。在此基础上对综合算法进行了优化,优化后的算法既减少了门的总数量和层数,也简化了电路的结构,电路模拟的速度较优化前成倍数地加快,当n=15时,优化后的模拟所需时间仅是优化前的1/6。

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。

基于固定极Reed-Muller展开式的3阶可逆逻辑函数NP-NP等价判定

在可逆逻辑函数综合中,分类可以使模块重复使用。把布尔函数NP-N等价的概念推广到可逆逻辑函数中,得到了可逆逻辑函数NP-NP等价的概念;把最小项数为4的3元布尔函数根据辅因子的码值向量分成5类,并计算出了这5类布尔函数的固定极Reed-Muller(FPRM)展开式;把可逆逻辑函数的辅因子码值向量排序后是否相同作为可逆逻辑函数是否NP-NP等价的初步判定,当它们相同时,两个可逆逻辑函数NP-NP等价当且仅当它们的各个对应的输出分量有相同的变量映射,否则它们不是NP-NP等价的。运用这个方法可以判定任意的两个3阶可逆逻辑函数是否NP-NP等价。