[发明专利]进位产生和传递函数发生器及可逆最优加法线路设计方法

权利要求书

1.一种进位产生和传递函数发生器的设计方法，其特征在于：

(1)将量子计算机中可逆的含义与真值表输入输出一一对应联系在一起， 设计一种与真值表输入输出一一对应的，能够以单个可逆逻辑门完成量子全加 法器加法操作的可逆逻辑门-“ZS”门；所述可逆逻辑门是利用经典计算机中加 法器的进位函数和和函数，并充分考虑真值表的一一对应关系而获得的；

(2)根据所述“ZS”门，设计含有双量子比特受控门和单量子比特门的量子 逻辑线路图，其设计步骤为：

①对于所述“ZS”门的第1、第2输入a和b，运用受控非门操作，得到1号 线输出

②对于所述“ZS”门的4号线输出，是通过一定变形之后，运用了两个Toffoli 门操作所得到的；其中第一个Toffoli门将a、b作为控制比特，将d作为目标比 特；而第二个Toffoli门则将和c作为控制比特，而将第一个Toffoli门输出 作为目标比特，得到最终“ZS”门的4号线输出

③对于所述“ZS”门的3号线的输出；首先做简单的变形，通过两个受控非 门的作用将交换至2线，同时在3线得到输出从而结合Toffoli 门的输入输出性质，将作为控制比特可以方便的得到3号线输出

|r>=|bcd‾+ad+ac>;]]>

④对于所述“ZS”门的1号线，2号线的当前输出进行异或操作，得到输出结 果为将此输出结果与4号线输出进行受控非操作，对此时的结果进 行变形，得到“ZS”门的2号线输出为

(3)根据所述“ZS”门，设计一种进位产生函数和进位传递函数产生装置， 并且能够实现单个门以零无用输出产生多个进位传递函数，其设计步骤为：

改变传统加法器中和函数和进位函数为如下形式：

Si=ai⊕bi⊕ci=Pi⊕ci]]>

Ci+1=aibi+(ai⊕bi)ci=Gi⊕Pici]]>

其中为进位传递函数，G_i＝a_ib_i，为进位产生函数；

从而通过S_i和C_i+1表达式进行变换，可以得到：

c1=G0⊕P0c0]]>

c2=G1⊕P1c1=G1⊕P1(G0⊕P0c0)]]>

=G1⊕P1G0⊕P1P0c0]]>

c3=G2⊕P2c2=G2⊕P2(G1⊕P1c1)=G2⊕P2(G1⊕P1G0⊕P1P0c0)]]>

=G2⊕P2G1⊕P2P1G0⊕P2P1P0c0]]>

c4=G3⊕P3c3=G3⊕P3(G2⊕P2G1⊕P2P1G0⊕P2P1P0c0)]]>

=G3⊕P3G2⊕P3P2G1⊕P3P2P1G0⊕P3P2P1P0c0]]>

依此类推

S0=P0⊕c0]]>

S1=P1⊕c1=P1⊕G0⊕P0c0]]>

S2=P2⊕c2=P2⊕G1⊕P1G0⊕P1P0c0]]>

S3=P3⊕c3=P3⊕G2⊕P2G1⊕P2P1G0⊕P2P1P0c0]]>

依此类推

通过以上的变换，设置进位传递函数和进位产生函数，和函数的输出只与 进位产生函数和进位传递函数和最低位进位有关即只与P_i，G_i，c₀有关；无需等 待高位进位就可以实现量子比特的加法。