新型量子邏輯門(mén)的構(gòu)造方法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、量子計(jì)算機(jī)可看作是量子圖靈機(jī)，量子圖靈機(jī)則可等價(jià)于量子邏輯電路，量子電路是研究量子信息的主流模型。隨著量子信息快速發(fā)展，量子電路越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)高效的設(shè)計(jì)出復(fù)雜量子電路的相關(guān)理論與方法也倍受關(guān)注。由于量子電路由各類量子門(mén)的組合與級(jí)聯(lián)而成，量子門(mén)是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的基礎(chǔ)，所以量子門(mén)的最優(yōu)化將直接影響著量子邏輯電路的整體優(yōu)化程度。量子門(mén)分為量子邏輯門(mén)和量子非邏輯門(mén)，與量子邏輯門(mén)相比，量子非邏輯門(mén)能綜合出更優(yōu)的量子電路，因此量子非邏輯門(mén)的綜合問(wèn)題

2、一直是人們研究的重點(diǎn)。雖然已經(jīng)有了許多算法被提出，但絕大多數(shù)的綜合算法還存在許多明顯的不足。我們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)造新型量子邏輯門(mén)，來(lái)避免直接使用量子非邏輯門(mén)，可以將此難題簡(jiǎn)化為較易解決的量子邏輯門(mén)的綜合問(wèn)題，從而來(lái)優(yōu)化綜合量子電路的整體結(jié)構(gòu)。因此本論文對(duì)量子非邏輯門(mén)構(gòu)造新型量子邏輯門(mén)及相關(guān)理論進(jìn)行了深入研究和探索，主要研究工作及成果如下:
　　(1)提出基于NCV量子門(mén)庫(kù)的新型量子邏輯門(mén)的量子電路綜合。由于控制平方根非門(mén)(CV,CV

3、+)是非置換門(mén)，許多現(xiàn)有方法不能直接使用NOT門(mén)，CNOT門(mén)，控制平方根非門(mén)量子門(mén)庫(kù)(NCV)綜合最優(yōu)3量子電路，關(guān)鍵是如何將NCV門(mén)庫(kù)映射成四值邏輯問(wèn)題。首先，我們給出直接使用NCV門(mén)庫(kù)來(lái)有效地創(chuàng)建較小量子成本的新型量子邏輯門(mén)庫(kù)的解決方案。接下來(lái)，提出一種使用CNOT和控制平方根非門(mén)的量子邏輯門(mén)庫(kù)快速直接構(gòu)建新型最優(yōu)量子邏輯門(mén)庫(kù)的通用方法。最后，我們給出一些使用這些新型置換量子門(mén)綜合量子電路的實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)所提出的這個(gè)新型量子電路綜合的

4、方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　(2)提出構(gòu)建一種新型量子邏輯門(mén)的通用算法。由于非置換量子門(mén)比置換量子門(mén)的規(guī)則更為復(fù)雜，因此在綜合算法時(shí)應(yīng)當(dāng)避免直接使用非置換量子門(mén)，關(guān)鍵方法是使用非置換量子門(mén)來(lái)創(chuàng)建新的置換量子門(mén)來(lái)代替這些非置換量子門(mén)。所以，我們提出了一種使用CNOT門(mén)和非置換量子門(mén)自動(dòng)構(gòu)建新型最優(yōu)量子邏輯門(mén)庫(kù)的通用算法。我們的方法是基于窮舉搜索法的思想來(lái)遍歷所有可能的解，在不受量子線數(shù)量限制的情況，找到具有較低的量子代價(jià)的量子邏輯門(mén)的