一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，基于该移动方法给出了三 种可逆电路子序列的化简方法，这些方法主要应用于可逆逻辑电路的优化问题中，通过可 逆门的移动，将可化简的门序列移动在一起进行约简，能有效减少可逆电路的代价。
【背景技术】
[0002] 可逆逻辑综合是可逆计算的重要内容，在量子计算、低能耗设计、纳米技术等领域 有着重要应用。可逆逻辑综合是指给定一个可逆逻辑函数的输入、输出值，计算机通过相关 算法得到实现该函数功能的可逆逻辑电路并使得电路代价尽可能小。可以通过精确的方法 或启发式方法实现可逆逻辑综合，精确的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。启发式方法一般具有较低的时间和空间复杂度，然而得到的可逆 电路往往不是最优电路。为了得到最优电路，需要在不改变可逆电路功能的条件下，对可逆 电路中部分可逆门构成的子序列进行替换和约简，以降低可逆电路的代价。
[0003] 对于同种类型的门构成的可逆电路，一般可以用门数、控制位数等来衡量可逆电 路的代价，如果可逆电路经过等价替换后，门数、控制位数下降了，即认为可逆电路得到了 优化。现有的优化方法包括基于模板匹配的方法和基于可逆门间关系的方法等。每个模板 包含约简前的子序列以及约简后的子序列，模板匹配就是在可逆电路中寻找是否有某个具 体模板约简前的子序列存在，如有就替换为模板中约简后的子序列，因此模板优化技术需 要存储大量的模板，但是随着变量数(输入线数）的增长，模板数会急剧增加，难以穷举，影 响优化结果。此外，模板匹配算法时间复杂度高，不利于可逆电路规模的扩展，只适用于输 入线数较小的可逆电路优化问题。现有的基于可逆门间关系的优化方法，通过对可逆电路 进行扫描，寻找满足特定关系的可逆门序列是否存在且可以移动到一起，如果存在就根据 化简方法替换为约简后的序列，其时间和空间复杂度远低于模板匹配法，且不受可逆电路 输入线数的影响，具有通用性。但现有的可逆门移动方法及门序列约简方法还比较简单，在 实际的可逆电路优化中还不能得到理想的优化效果。两种优化方法中，首先都必须将可约 简的子序列移动到一起，因此研究新的可逆门移动方法对可逆电路的优化具有非常重要的 意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服以上不足，通过对相邻可逆门的分析，给出了可逆门的 移动方法和可逆门序列的化简方法，这些方法是已有方法的有效补充，能改进可逆电路的 优化结果，同时这些方法与输入线数无关，约束条件少，具有通用性，使得基于这些方法的 优化算法具有更强的可扩展性。
[0005] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：给出了 一种用 于可逆电路优化的可逆门移动方法，设可逆电路中两相邻门分别
【主权项】
1. 一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，其特征在于：设可逆电路中 两相邻门分别
气€ {工|?一，工段设为即、-1.!，工』I啡li5…3^ 但不属于CJ2门的控制位的集合〕
且^门和门若有相同 控制位，相应控制位上同为正控制或同为负控制，则Gyi移动到G2门后面,新的可逆门等 价序列为(J2门、t门和q门，其
目标位与CJ2门相同，控制位是q门控制位和CJ2门控制位的并集除去^44。
2. 根据权利要求1所述的一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，其特征在于：通 过对可逆门移动方法中q门和G2门互换位置后等价门序列的分析，如果原可逆电路中， G2门的右侧存在与门相同的门，即为化简方法一，或在Gj门左侧存在与G2门相同的 门，即为化简方法二，或在dj门左侧、(J2门的右侧存在与f门相同的门，即为化简方法三， 且符合条件的三门可以通过移动方法移动到一起，这样的子序列均可约简。
3. 根据权利要求2所述的一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，其特征在于： 化简方法一：对于权力要求1中的Gj门和(72门，在CJ2门的右侧有与q门相同的门， 且可通过移动方法移动到
门后面，则该对称的可逆门序列等价于CJ2门和f1门，其中
4. 根据权利要求2所述的一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，其特征在于： 化简方法二：对于权力要求1中的Gj门和(12门，在(3^门的左侧有与d2门相同的门，且 可通过移动方法移动到0!门
的前面，则该对称的可逆门序列等价于f门和(^门，其中 根据权利要求2所述的一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，其特征在于：化 简方法三：对于权力要求1中的Gj门和(12门，在Gj门的左侧或(12门的右侧存在与y门相 同的门，且可通过移动方法移动到Gj门的前面或门的后面，则该可逆门序列等价于G2 门和G；i门。
【专利摘要】本发明公开了一种用于可逆电路优化的可逆门移动方法，包括新的可逆门移动方法的描述，基于该移动方法构建的三种子序列化简方法，最后给出了可逆电路中基于这些方法进行优化的具体过程。本发明给出的可逆门移动方法约束条件少，适用性更强，并使得可逆门在可逆电路中的移动范围变大，能将更多的可约简子序列中的门移动到一起进行约简，解决了原来可逆电路化简中部分可逆门因无法移动而无法进一步优化的问题。新的可逆门移动方法，以及基于此构建的化简方法，是已有可逆门移动和化简方法的有效补充，能进一步改善可逆电路的优化效果。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104615861
【申请号】CN201510015731
【发明人】程学云, 管致锦, 朱鹏程, 马海英, 陆和萍, 丁卫平, 徐明强, 张义清, 徐敏, 朱玲玲, 何金凤, 鹿玉, 徐海
【申请人】南通大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月13日