一种MCT门量子可逆线路分解与优化方法

为提高可逆线路中MCT门的分解和优化效率,提出了一种MCT门的优化分解方法,根据该方法得出MCT分解模板并验证了正确性。基于该模板给出了相应的分解与优化算法,算法对MCT门分解出的Toffoli线路进行分类,使用优化分解模板将其分解为NCV线路。该算法的时间复杂度为O(m),优于传统算法的复杂度O(m2)。通过对控制位m∈{3,10}的MCT门与Benchmark可逆线路的实验,验证了该算法优化和分解的有效性。

优化的可逆MCT电路化简算法

提出了可逆MCT电路中一种新的MCT门交换规则。基于所提出规则给出了MCT门序列的约简、移动规则,实现了更为通用的可逆MCT电路化简算法。通过实例及所有3变量可逆函数的实验结果验证了该化简算法的有效性,它能进一步减少可逆电路的门数和量子代价。与已有的同类规则相比,提出的MCT门交换规则没有约束条件,适用性更强,改进了可逆MCT电路的化简结果。

基于MCT可逆线路的量子线路近邻化排布

为了实现量子线路线性最近邻(LNN)排布,给出了可逆MCT门的最近邻Toffoli门级联方法.为了解决线路近邻化中额外插入的SWAP门增加量子代价的问题,引入NNTS门减少插入的SWAP门数,并给出了MCT门基于NNTS门的最近邻线路排布.提出了量子线路近邻化排布算法,将多控制MCT门通过交换线路的顺序得到其最近邻线路排布,然后将每个NNTS门替换为其最优的LNN量子线路实现,得到该MCT线路的LNN量子线路,该方法可以减少量子线路的长度和量子代价.通过Benchmark例题测试,并与现有的线路近邻化结果进行比较,所需插入的SWAP门数平均减少42.83%,量子代价平均改善率达14.80%.