[发明专利]一种用于可逆电路优化的可逆门等价变换方法

说明书

本发明公开了一种用于可逆电路优化的可逆门等价变换方法，同时给出了基于该等价变换方法构建的三种子序列的化简方法，最后给出了基于本发明的可逆门等价变换方法将经典可逆电路模板化简为恒等电路的具体过程。本发明给出的可逆门等价变换法约束条件少，适用性更强，是对已有规则的有效补充，解决根据现有规则无法进一步约简可逆电路的问题，使得可逆电路优化问题中电路变换更加灵活，提高了电路的优化效果。

技术领域

本发明涉及量子计算的可逆电路领域，特别涉及一种用于可逆电路优化的可逆门等价变化方法及化简方法。

背景技术

目前集成电路的小型化趋势仍在持续。集成电路的这种小型化导致了几个问题，如高热噪声、低成品率，并且还影响了集成电路的可靠性。Landauer提出不可逆计算中，每丢失一位信息位，将散发KTln2焦耳的热量(其中K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度)，Bennet证明在可逆计算中不存在信息的丢失，因此没有能耗。可逆电路在量子计算、低功耗CMOS设计等领域有着重要应用。

可逆逻辑综合主要研究在给定的可逆门和约束条件下，利用可逆逻辑门构造代价最小的最优电路。精确的综合方法能够得到最优电路，但时间和空间复杂度较高，只适用于小规模电路。启发式方法一般采用两阶段综合的方式，首先利用真值表、决策图等启发式方法实现可逆函数对应的可逆电路，然后在不改变可逆电路功能的条件下，对电路进行重组、替换和逻辑门约简等进行化简，以降低可逆电路的代价。因此，优化由启发式算法产生的这种已经合成的电路具有很大的意义。

现有的可逆电路化简方法包括基于模板匹配的方法和基于规则的方法。模板优化技术需要存储大量的模板，随着可逆电路规模的增长，模板数急剧增加，难以穷举，影响优化结果。此外，模板匹配需要对每个模板在电路中扫描其潜在的匹配，算法复杂度高，不利于可逆电路规模的扩展，只适用于小规模问题。现有的基于规则的优化算法，只要逻辑上相邻的门之间满足一定的规则即可实现化简，一条规则可以覆盖多个模板，算法复杂度低，通用性强。但现有的规则还比较简单，在实际可逆电路优化中相较最优结果还有差距，因此有必要进一步研究和探讨可逆电路优化的相关规则，降低可逆电路的代价。

发明内容

为了解决根据现有规则无法进一步约简可逆电路的问题，本发明提出了一种用于可逆电路优化的可逆门等价变化方法，主要是双向影响的可逆MCT门的等价变换规则，是对已有规则的有效补充，使得可逆电路优化问题中电路变换更加灵活，提高了电路的优化效果。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种用于可逆电路优化的可逆门等价变换方法，设可逆电路中双向影响的两相邻MCT 门及G₁的目标位是G₂的控制位，假设为即G₂的目标位是G₁的控制位，假设为即G₁除去以外的控制位集合为G₂除去的控制位集合为且满足则可逆门序列G₁G₂G₃等价为G₄G₅G₆序列，其中 G₆＝G₄，即目标位在互相影响的两个位上互换位置。