[发明专利]一种量子乘法器的设计方法

说明书

本发明公开了一种量子乘法器的设计方法，包括以下步骤：步骤1：利用量子门设计一位量子全加器，并将n个一位的量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器，实现两个n位二进制数的加和；步骤2：利用两个控制非门设计置零电路，并使用置零电路设计量子右移算子；步骤3：对二进制数乘法步骤进行改进，按照改进后的二进制乘法步骤使用前述的量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器。本发明成功填补了量子乘法器在算法设计上的空白，设计了高效的量子乘法器。

技术领域

本发明属于量子计算领域，具体涉及一种量子乘法器的设计方法。

背景技术

量子计算的概念最早由IBM的科学家R.Landauer及C.Bennett于20世纪70年代提出。80年代初期，阿岗国家实验室的P.Benioff首先提出二能阶的量子系统可以用来仿真数字计算；稍后费因曼也对这个问题产生兴趣而着手研究，并在1981年于麻省理工学院举行的一场演讲中勾勒出以量子现象实现计算的愿景。1982年，费曼提出量子计算机的计算速度远超过经典计算机。20世纪90年代，“Shor量子因子分解算法”和“Grover量子搜索算法”证明了量子计算机的计算能力。因此越来越多的研究人员开始探索量子计算机上的各种应用，相关的交叉学科也不断涌现，例如量子人工智能、量子机器学习和量子图像处理等。由于量子算法具有指数级加速相应经典算法的能力，被认为是解决当前物理系统计算能力瓶颈的有效手段之一。

量子乘法器是以更基本的量子加法器为基础，它广泛应用于量子图像处理中的滤波、边缘检测和频率控制等领域，是一种应用广泛的量子算法。现目前，研究者主要研究基于量子细胞自动机的乘法器的硬件实现。现有的关于量子乘法器的算法设计与研究几乎没有。因此，寻找量子乘法器的设计及实现方法具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种量子乘法器的设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种量子乘法器的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：利用量子门设计一位量子全加器，并将n个一位的量子全加器叠加在一起设计n位量子全加器，实现两个n位二进制数的加和；

步骤2：利用两个控制非门设计置零电路，并使用置零电路设计量子右移算子；

步骤3：对二进制数乘法步骤进行改进，按照改进后的二进制乘法步骤使用前述的量子全加器和量子右移算子设计量子乘法器。

进一步，改进后的二进制乘法步骤为：首先把部分积置零；如果乘数的低位是1，加上被乘数，然后把和右移一位；如果乘数高一位的数是0，加上0000，然后把和右移一位，如此循环，直到得出结果。

进一步，所述置零电路包括两个受控非门，输入量子比特|a和输入量子比特|0经过第一个受控非门输入状态转换为经过第二个受控非门后的输出状态为

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1.成功填补了量子乘法器在算法设计上的空白，设计了高效的量子乘法器。

2.充分考虑了每个二进制数存储在一个量子态中，对每个二进制数进行整体操作时更节省资源的特点，提供了一个合理的二进制数乘法步骤。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明方法的技术路线图；

图2(a)为一位量子全加器具体线路，2(b)为一位量子全加器的简化图；

图3为通用量子门；(a)为NOT Gate,(b)为Hadamard Gate,(c)为CNOT Gate,(d)为Toffoli Gate；