基于变换的可逆逻辑电路量子代价优化方法

【摘要】集成电路随着其规模的增大和集成度的提升,其能耗问题也日益突出,降低集成电路的能量消耗至关重要。降低能耗的关键是将不可逆操作变为可逆操作。可逆逻辑电路是由具备可逆逻辑功能的可逆逻辑门依次级联构成的。可逆逻辑综合就是用可逆逻辑单元实现相应的可逆逻辑网络结构,并使得代价尽可能小。因此,可逆逻辑综合方法的研究具有重要的理论意义和实际的应用价值。可逆逻辑综合就是利用给定的可逆逻辑门,按照可逆网络无扇入扇出、无反馈等约束条件和限制,实现具备预期逻辑功能且尽可能优化的可逆逻辑电路。常见的可逆逻辑综合方法,其先设法生成具备预期逻辑功能的可逆逻辑电路,再在不改变其函数功能的前提下,通过重组、变换等技术,对其进行门数、量子代价等方面的优化。本文研究的就是对给定的可逆逻辑电路,通过变换的方式对可逆逻辑电路进行门数和量子代价方面的优化。电路优化是可逆逻辑综合的关键问题之一。为了解决可逆逻辑电路优化算法的复杂度高和可伸缩性差的问题,本文针对可逆逻辑优化的需要,以最常见的Toffoli门为构件的可逆逻辑电路,通过了解可逆逻辑门分析归纳了其中相邻逻辑门的关系,提出并证明了该类电路中子序列的移动和化简规则,进而给出了基于这些规则的可逆逻辑电路优化算法。在此基础上,提出了利用模板匹配法对已经过规则优化的电路进行深度优化的有效方法。最后通过Benchmark电路验证算法的优化效果。
【作者】方聪；
【导师】赵曙光；
【作者基本信息】东华大学，控制工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】量子电路优化；可逆逻辑电路；模板法；规则优化；

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