12、具有NCT基可重构性的扩展弗雷德金门

具有NCT基可重构性的扩展弗雷德金门

1. 引言

计算机技术的飞速发展，使得人们对用于低功耗设备、量子计算、信号处理、计算机图形学、生物信息学和DNA计算的可逆逻辑产生了浓厚兴趣。处理器过热是研究经典计算替代方案的主要原因，根据兰道尔原理，每擦除一位信息会释放kT ln 2焦耳的能量，最近的实验也完全证实了这一点。与经典计算不同，可逆计算不会导致信息丢失，从而减少了处理器过热和功耗。

二进制和量子可逆设备综合的主要目标是为给定的双射函数获得最优的可逆电路。对于几个变量的函数，分析和图表综合方法可以产生最优结果，但对于具有众多变量的函数，启发式进化算法（如遗传算法、蚁群算法和退火算法）更有效。这些方法利用了功能完备的可逆NCT门库，包括非门（NOT）、受控非门（controlled - NOT）和托菲利门（Toffoli，双控非门）。可逆门可以有正（黑点）、负（白点）或混合控制线，以扩展其功能。

功能完备的可逆弗雷德金门（FRG）引起了研究人员和工程师的极大兴趣，因为仅使用这一个门就可以设计任何可逆设备。除了功能完备之外，弗雷德金门还能保持奇偶性，这在量子计算中对于简化错误检测和确保容错至关重要。在文献中，FRG也被表示为控制交换门，当控制信号等于1时，用于交换输出端的目标信号。经典的弗雷德金门包含一个控制输入（X0）和两个目标输入（X1，X2），满足以下条件：
[
\begin{cases}
Y0 = X0 \
Y1 = X0X1 \oplus X0X2 \
Y2 = X0X2 \oplus X0X1
\end{cases}
]

为了获得新功能并同时保持门的“交换”操作，提出了几种方法： <