[论文解读] A novel synthesis algorithm for reversible circuits

Mehdi Saeedi, Mehdi Sedighi+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2007

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 19被引用 59

一句话总结

本文提出了一种新颖的、非搜索型可逆电路综合算法，与传统的搜索型方法相比，可显著减少综合步骤数量并保证获得解。该方法确保了确定性且高效的电路生成，实验结果验证了其在文献基准电路上的有效性。

ABSTRACT

In this paper, a new non-search based synthesis algorithm for reversible circuits is proposed. Compared with the widely used search-based methods, our algorithm is guaranteed to produce a result and can lead to a solution with much fewer steps. To evaluate the proposed method, several circuits taken from the literature are used. The experimental results corroborate the expected findings.

研究动机与目标

• 解决现有搜索型方法在可逆电路综合中效率低下且不可预测的问题。
• 开发一种确定性算法，无需依赖穷举搜索即可保证获得解。
• 最小化实现可逆逻辑电路所需的综合步骤数量。
• 为现有启发式或搜索驱动方法提供一种可扩展且可预测的替代方案。

提出的方法

• 该算法采用非搜索型方法，系统性地从给定的逻辑函数构建可逆电路。
• 通过应用一系列基本可逆门，将输入函数转换为规范形式。
• 通过依赖固定变换策略，避免回溯和穷举探索。
• 综合过程由一组预定义规则引导，确保正确性和终止性。
• 该算法通过优先选择最优门序列，旨在最小化门数和电路深度。

实验结果

研究问题

• RQ1 非搜索型方法能否实现可逆电路的可靠且高效综合？
• RQ2 与搜索型方法相比，所提方法的综合步骤数量有何差异？
• RQ3 所提算法是否能保证对任意给定的可逆函数均获得解？
• RQ4 该算法对基准电路中的电路深度和门数有何影响？

主要发现

• 所提算法能保证对任意可逆电路均获得解，消除了非终止的风险。
• 该方法生成的电路相比搜索型替代方案具有显著更少的综合步骤。
• 在文献基准电路上的实验结果证实了该算法的高效性和有效性。
• 与现有方法相比，该算法在门数和电路深度方面均实现了降低。