量子可逆逻辑电路综合研究

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1、万方数据分类号：UDC：TP3l004．4一密级：垒珏学号：鱼窆13§鱼东南大学硕士学位论文量子可逆逻辑电路综合研究研究生姓名：奎盍塑导师姓名：陈这武申请学位级别王堂亟±学科专业名称让簋扭鞑鲑与理迨论文提交日期2Q!垒生垒旦!墨旦论文答辩日期至Q】垒生璺旦至垒旦学位授予单位塞直太堂学位授予日期生旦答辩委员会主席翅壬评阅人塞直煎2014年4月29日万方数据东南大学／／丫Mz／／17／／／III。／III／16II／／／H47I／H5／II／硕士掌／．tr．论文量子可逆逻辑电路综合研究硕士研究生：李志钢指导教师：陈汉武教授万方数据RESEARCHoFQUANTUMREVE

2、RSIBLELoGICCIRCUITSYNTHESISADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZhigangLiSupervisedbyProfessorHanwuChenSchoolofComputerScienceandEngineeringSoutheastUniversityApril2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果．尽我所知，除了文中特别加以标注

3、和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料．与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意．研究生签名：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文．本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致．除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容．论文的公布(包括以电子信息形式刊

4、登)授权东南大学研究生院办理．研究生签砝；N3文呼、审。≥P、f骑、、叫J名签师导万方数据摘要量子计算机的提出是源于经典计算机的两大极限：物理极限一集成度越高，芯片内部量子现象越显著；性能极限一能耗和散热限制了集成度的提高。研究表明，芯片耗能产生于计算过程中的不可逆过程，而量子力学中的幺正变换可以将计算过程转换为可逆过程，从根本上解决能耗问题。因此，量子可逆计算是量子计算的核心，量子可逆电路综合技术是构建量子计算机的关键技术之一，对于量子计算与量子信息的发展具有重要的意义。已有许多研究者提出了各种综合算法，但是由于相应的搜索空间随电路规模增长成指数级增长，已提出的可逆

5、逻辑综合算法虽然能够得到近似最优解，但是存在计算时问过长或者对特定电路综合的效率低下等问题。本文在研究前人各种相关算法的基础上，提出了基于对换电路门库的可逆逻辑综合算法。该算法以可逆逻辑本质上是置换为数学基础，运用数论中对置换的分析，总结了对换门库；针对可逆函数等价于置换的特点，将相应的可逆函数转换为对换序列，进而参照已经总结好的对换门库，进行可逆逻辑综合。最后，通过综合运用各种电路优化方法对综合所得的初始电路进行优化，减少门数量，提高电路的整体性能。该算法可针对特定的函数进行分析，从而方便对单一函数进行处理，不必对全部n量子比特的函数进行综合后再进行查找。分析表明，

6、该算法降低了对特定电路综合的时间空间要求，提高了综合效率。关键词：量子计算机，可逆逻辑综合，对换门库，置换，电路优化万方数据AbsWaetAbstractBecauseoftwolimitationsofClassicalcomputers．Quantumcomputersareindemand．OneofthelimitationsisthePhysicallimitation：thehigherintegrationlevel．themoreremarkablequantumphcnomenonint11echips．髓eotheriStheperformance

7、limitation：theenergyconsumptionandtheproblemofheatdissipationpreventenhancingtheintegrationlevel．Researchesshowthattheenergyconsumptionofchipscomesfromthenonreversibleprocessduringthecomputation．UnitarytransforrnationintheQuantumMechanicsCanconvertt11ecomputationintothereversib