A Cost Minimization Approach to Synthesis of Linear Reversible Circuits
本文提出了一种启发式的最小代价线性可逆电路综合方法。介绍了两种双向线性可逆电路综合方法：最小代价交替消元法（AECM）和多CNOT门法（MCG）。算法，例子合成，并扩展这些方法。MCG的变体，其中包括线重新排序的介绍。测试比较新的成本最小化的方法与最知名的大型电路的方法。结果表明，在三种方法中，MCG对线性可逆电路的平均CNOT门数最低，最高可达24线，而AECM在28 - 60线之间的平均CNOT门数最低。
2014-06-30 cs.ET
Efficient Design of Reversible Sequential Circuit
可逆逻辑已经成为当今理论和应用研究的前沿。虽然许多研究人员正在研究可逆组合逻辑的合成技术，但在顺序可逆逻辑领域的工作很少。锁存器和触发器是即将到来的顺序存储器元件中最重要的存储器元件。本文提出了两种新的可逆逻辑门MG-1和MG-2。然后，我们提出了新的设计技术的锁存器和触发器的帮助下，新提出的门。所提出的设计在门数、垃圾输出和延迟方面优于现有的设计。
2014-07-26 cs.ET
Design of Parity Preserving Logic Based Fault Tolerant Reversible Arithmetic Logic Unit
可逆逻辑是一种在现代纳米技术和量子计算中对物理熵影响最小的潜在逻辑设计风格，它是一类保持输入和输出奇偶性的可逆逻辑。在文献中已经对容错可逆逻辑门结构和算术单元的设计做出了重大贡献，然而，针对容错可逆ALU的设计的努力并不多。算术逻辑单元（ALU）是任何计算设备中的主要执行单元，它必须具有容错性。在本文中，我们的目标是设计一个这样的容错可逆ALU，构造使用奇偶保持可逆逻辑门。所设计的ALU可以产生多达7个算术运算和4个逻辑运算。
2013-07-14 cs.AR cs.ET
Embedding of Large Boolean Functions for Reversible Logic
可逆逻辑是许多新兴技术的基础，最近得到了深入研究。然而，大多数实际感兴趣的布尔函数是不可逆的，必须在合成之前嵌入可逆函数。到目前为止，最佳嵌入仅对小函数有保证，而当考虑大函数时会产生显著的开销。在本文中，我们研究这个问题。我们证明了，确定一个最佳的嵌入是有限的情况下，已经CONP困难。然后，我们提出了启发式和精确的方法来确定额外的线的数量以及相应的嵌入。对于这些方法，我们考虑了乘积和二元决策图作为函数表示。实验评估表明，大型功能的方法的适用性。因此，大功能的可逆嵌入能够作为后续合成的前体。
2014-08-15 cs.ET
Reversible Logic Circuit Complexity Analysis via Functional Decomposition
可逆计算在几种后CMOS技术的背景下越来越重要，其中最突出的是量子计算。可逆逻辑综合的关键理论问题之一是门数的上界。与已知的界相比，最优综合方法得到的结果要少得多，本文将这一问题与经典布尔函数的乘法复杂性分析联系起来。我们探讨了放松辅助的可能性，如果这种方法使上限更紧。我们的结果是否定的。理论上，通过使用变换和通过从异积和（ESOP）公式开始的无辅助合成方法分别对于变量$n$的数目是$< 8$和其它的情况保持用于实现最少门计数的合成方法。
2016-03-21 cs.ET
On the completeness of transformation rules in reversible logic synthesis
School of Computer Science and Engineering, Sun Yat-sen University（中山大学计算机学院）
研究可逆逻辑综合中变换规则的完备性，提出无辅助比特和垃圾输出的完备变换规则集$\mathcal{RC}^{r}$，在此基础上给出有辅助比特和垃圾输出的扩展完备规则集$\mathcal{RC}^+$，为电路相关工作奠定理论基础，助力自动化设计工具开发。
2026-10-30 cs.ET
Development of Tool for Mapping Conventional Circuit to Reversible Logic
在过去的几十年里，计算机的发展取得了巨大的成就。然而，由于晶体管密度的指数增长，特别是由于功耗的大幅增加，研究人员预计，像互补金属氧化物半导体这样的“传统技术”将在不久的将来达到极限。为了进一步满足对更多计算能力、速度、更小尺寸等的需求，需要替代方案。可逆计算是传统技术的新兴领域和替代。可逆计算正在成为一种有前途的解决方案，可能适用于极低功耗技术，并提供高速计算。可逆性保留了从输出检索输入数据的能力，并最大限度地减少了散热。随着向新技术的迁移，在当前技术中完成的大量工作将使可接受性变得困难。一方面要熟悉新技术，另一方面要将旧的电路设计转换为新技术，这对设计人员来说是一个挑战。人们认为需要将不可逆电路转换为可逆电路，这样可以快速启动并保持发展步入正轨。本文提出了一种基于二进制逻辑系统的逻辑电路设计方法，该方法可以方便地进行二进制逻辑系统的电路设计，并以可逆电路的形式输出。整个环境是基于GUI的，易于学习，用户友好。该工具提供编辑，存储和转换成可逆的设施。
2014-07-02 cs.ET
On the Complexity of the Cycles based Synthesis of Ternary Reversible Circuits
本文结合362，880个2 × 2三值可逆函数的实现结果，研究了基于循环的2 × 2三值可逆电路实现的主要方面。已经表明，在大多数情况下，用MMD+算法获得的实现具有比基于循环的实现更低的复杂度（在成本方面）。在该文件中，它示出了在何种条件下实现基于换位可能有一个更高或更低的成本比实现使用更大的周期。最后，它表明，有几个特殊的情况下，实现基于换位具有相同的成本或可能低于成本比MMD+为基础的实现。标量的方面被认为是在2 × 2为基础的n × n可逆电路。
2020-02-18 cs.ET
A Single Universal n-bit Gate for Reversible Circuit Synthesis
在文献中已经提出了许多包含多于一种门类型的通用可逆库。如果在电路结构中使用单个门类型，则可逆电路的实际实现容易得多。本文提出了一种可逆n位门，它是通用的可逆电路综合。所提出的门是可扩展的，根据电路的大小。该文件表明，使用所提出的门的合成电路的大小与使用3-in/out可逆电路的混合可逆库的合成电路的大小相当。
2013-06-05 cs.ET quant-ph
A discussion about LNG Experiment: Irreversible or Reversible Generation of the OR Logic Gate?
在最近的一篇论文中，M。洛佩斯苏亚雷斯岛Neri和L. Gammaitoni（LNG）提出了布尔或不可逆门的具体实现，但与标准Landauer原理相反，具有任意小的能量耗散。一个波普尔式的好伪造！本文讨论了LNG装置的一种理论描述，它实际上是所涉及的“或”门的一种3进3出自可逆实现，这样满足了能量不分散的Landauer原理，与LNG的结论相反。不同的观点是由于对与输入10和01对应的两个输出的不同解释，LNG认为这两个输出是不可区分的，因此产生了标准2 in/1 out门的不可逆实现。相反，在始终考虑这两个输出不可区分的情况下，通过适当的悬臂梁角度归一化函数，LNG装置获得的实验结果与自可逆3 in/3 out CL门的第三个输出通过Inputs-Ancilla->Garbage-Output过程获得的OR连接一致。因此，通过自可逆性，根据朗道原理，这种实现没有能量耗散。此外，使用自可逆Toffoli门，可以从LNG设备中实现采用悬臂角度另一个归一化函数的连接AND。最后，通过对悬臂角度的其他合适的归一化过程，还可以获得其他逻辑NOR和NAND连接，并且以更复杂的方式以自可逆的方式获得XOR和NXOR连接。所有这些导致引入由LNG设备加上包含所有必要的角度归一化函数的存储器组成的通用逻辑机，以通过选择这些后者之一来以自可逆的方式产生现在列出的逻辑连接。
2017-06-15 cs.ET
Towards Reverse Engineering Reversible Logic
可逆逻辑有两个主要特性。首先，输入的数量等于输出的数量。其次，它实现了一对一的映射;即，可以从输出重构输入。这些特性使其能够应用于构建量子计算架构。本文研究了可逆逻辑电路的逆向工程，包括可逆电路中嵌入不可逆函数的逆向工程。我们提出将不可逆函数嵌入到可逆电路中的次数作为逆向工程的安全度量。我们分析了可逆电路自动综合的安全效益。我们使用我们提出的安全度量表明，功能合成方法产生的可逆电路，更有弹性的逆向工程比结构合成方法。最后，我们提出了一个可逆电路的输入和输出扰乱，以阻止逆向工程。
2017-12-01 cs.CR cs.ET
Synthesis of Sequential Reversible Circuits through Finite State Machine
与传统计算相比，可逆计算由于其低功耗和更少的散热而引起了研究人员的关注。不同的研究者提出了许多可逆门，并开发了各种基于可逆门的组合电路。然而，可逆逻辑中的时序电路的实现还处于不成熟的阶段。由于可逆电路中不允许反馈，因此时序电路不可用。然而，允许在空间（而不是在时间）反馈，一些顺序可逆门和电路已在文献中报道。本文从两个方面对这一问题进行了探讨。一方面是提出一种适合于顺序积木式T触发器的低成本可逆门，从而设计低成本的同步和异步计数器。另一方面是从FSM形式的行为描述中生成电路。我们提出的可逆计数器的设计是显着更好的优化参数，如门计数，垃圾输出和常数输入文献。我们还提出了一种通过有限状态机从行为描述得到可逆电路的方法。文献中很少有将有限状态机转化为可逆有限状态机的尝试，由于文献中没有生成的时序可逆电路，我们的结果不能与任何其他电路进行比较。我们期望，顺序可逆电路将有助于调试可逆电路，处理模糊状态的有限状态机和产生原始输入的反向通过反转原始输出。
2015-01-07 cs.ET
Synthesis and Optimization of Reversible Circuits - A Survey
可逆逻辑电路在历史上一直受到低功耗电子学理论研究以及密码学和计算机图形学中位操作变换的实际改进的推动。最近，可逆电路作为量子算法的组件以及在光子和纳米计算技术中引起了人们的兴趣，其中一些开关器件不提供信号增益。生成可逆逻辑的研究区分了电路综合、综合后优化和技术映射。在这次调查中，我们回顾算法的范例-基于搜索，基于循环，基于转换，和BDD-以及具体的可逆合成算法，精确和启发式。最后，我们概述了可逆和量子逻辑合成中的关键开放挑战，以及最常见的误解。
2013-03-20 cs.ET quant-ph
Simulation of reversible molecular mechanical logic gates and circuits
本文设计并模拟了接近热力学可逆极限的分子机械逻辑门，并展示了通过外部控制和信号增强器构建任意大的可逆组合电路，包括一个可工作的半加器。
2022-11-16 cs.ET physics.comp-ph
A Study of Optimal 4-bit Reversible Toffoli Circuits and Their Synthesis
可逆函数的最优综合是一个非平凡的问题。计算这种电路的主要限制因素之一是可逆函数的绝对数量。即使将合成限制为4位可逆函数，也会导致巨大的搜索空间（16！{ \approx } 2^{44}函数）。仅这样一个搜索的输出，仅计算列出每个函数的Toffoli门所需的空间，就需要超过100 TB的存储空间。在本文中，我们提出了两个算法：一个，合成任何4位可逆规范的最佳电路，另一个，合成所有的最佳实现。我们采用了几种技术，使问题易于处理。我们报告的结果，从几个实验，包括合成的所有最佳的4位排列，合成的随机4位排列，最佳合成的所有4位线性可逆电路，合成现有的基准函数，我们组成的列表中最难的排列合成，并显示最佳电路的分布。我们进一步说明，我们提出的方法可以扩展到通过报告LNN最优可逆电路，以适应物理约束。我们的研究结果在可逆和量子线路的设计和优化，测试电路综合性能，并在量子信息处理领域进行实验具有重要意义。
2012-01-31 cs.ET quant-ph
Generalized Reversible Computing
朗道原理（Landauer’s Principle），即计算中的信息损失意味着熵增加，可以从数学物理中得到严格的证明。然而，仔细研究其详细的公式表明，传统的识别逻辑可逆的计算操作与双射变换的全数字状态空间实际上是不是正确的逻辑级表征的完整的经典计算操作，可以进行物理渐近零能量耗散。为了找到物理可逆性的正确逻辑条件，我们必须在应用该原理时考虑初始状态概率。确定性计算操作的物理可逆性的最低逻辑级要求是，在给定的统计操作上下文中表现出非零概率的初始状态的子集必须一对一地转换为最终状态。因此，任何计算操作相对于其初始状态上的任何严格限制的前提条件是有条件可逆的，并且当满足任何预选的其合适的前提条件之一的概率接近1时，由朗道原理进行的任何确定性操作所需的最小耗散渐近接近0。与仅限于使用诸如Toffoli类型操作的全双射操作的设计相比，这种实现促进了用于渐近可逆计算硬件的更简单的设计。因此，这个更一般的框架，可逆计算提供了一个更有效的理论基础，用于设计实际的可逆计算机比更严格的传统模型的可逆逻辑。在本文中，我们正式开发的广义模型的理论基础，并简要地调查它的一些应用。
2018-06-26 cs.ET
Ancilla-free synthesis of large reversible functions using binary decision diagrams
可逆函数的综合是近十年来的一个研究热点。由于几乎所有提出的方法都依赖于指数大小的表示（如真值表和置换），它们不能有效地应用于具有超过15个变量的可逆函数。在本文中，我们提出了一种基于Young子群的无辅助合成方法，使用符号函数表示，可以有效地实现与二元决策图（BDD）。因此，该算法不仅允许合成大型可逆函数，而无需添加额外的线，称为辅助线，而且与现有方法相比，还导致电路显着更小。
2014-08-18 cs.ET quant-ph
Kinetic Inductors Enable Reversible Logic
Zettaflops LLC（Zettaflops有限责任公司）
研究可逆逻辑在商业系统中未扩展的问题，通过CMOS转换框架评估，结合多种模型和方法，确定电感损耗限制，表明高能量密度动态电感可助力扩展，还给出评估其可行性及潜在益处的方法。
2026-07-14 cs.AR cs.ET
Scaling up Reversible Logic with HKI Superconducting Inductors
针对可逆逻辑规模化的需求，提出采用新型高动态电感（HKI）材料制成的低温电感，其可作为集成电路层沉积且具备足够能量回收能力，实现按摩尔定律规模化完整可逆逻辑子系统的突破。
2025-04-16 cs.AR cs.ET
Reversible Bond Logic
本文提出可逆键逻辑（RBL）这一分子编程抽象模型，利用可逆计算原理实现组件重用与模块化，支持条件分支、循环等计算原语，并能免费获得逆程序，实现高效并行计算。
2023-05-12 cs.ET
Depth-Optimized Reversible Circuit Synthesis
本文讨论了在有限相互作用量子技术中同时减少可逆电路的电路深度和综合成本的问题。我们开发了一种基于周期的合成算法，该算法使用负控制和栅极线之间的有限距离。为了提高电路的深度，引入了一种新的并行结构，在合成之前，从输入规格中提取一组不相交的循环并将其分配到一些子集中。每个子集的循环在不同的附属物集合上独立地合成。因此，可以通过不同的合成方法来合成每个不相交的集合。我们的分析表明，在线性最近邻结构的可逆电路的最佳最坏情况下的综合成本提高所提出的方法。我们的实验结果表明，该方法的有效性，以减少成本和电路深度的几个基准。
2012-08-27 cs.ET quant-ph
Skyrmion Logic System for Large-Scale Reversible Computation
计算可逆性是量子计算所必需的，并激发了计算系统的发展，其中信息载体在流过电路时是守恒的。虽然保守逻辑为没有能量耗散的可逆计算提供了一个令人兴奋的愿景，但在以前的实现中，大尺寸的信息载体降低了系统效率，并且纳米级保守逻辑仍然难以捉摸。因此，我们提出了一个非易失性的可逆计算系统，其中的信息载体是磁skyrmions，拓扑稳定的磁漩涡。这些纳米级准粒子通过自旋霍尔和斯基尔米恩-霍尔效应相互作用，因为它们通过铁磁纳米线传播，形成级联保守逻辑门。这些逻辑门可以直接级联在执行复杂逻辑功能的大规模系统中，信号完整性由时钟同步结构提供。通过对布尔逻辑门、Fredkin门和级联全加器的微磁模拟，证明了该系统的可行性。由于skyrmion可以在室温下以流水线和非易失性的方式传输，而没有任何物理粒子的运动，因此该skyrmion逻辑系统具有提供可扩展的高速低功耗可逆布尔和量子计算的潜力。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall cs.ET
Reversible Logic Synthesis by Quantum Rotation Gates
提出了一种基于旋转的可逆逻辑综合框架。我们开发了一个规范的表示基于二元决策图，并引入运营商来操纵开发的表示模型。此外，提出了一种递归函数双分解方法来自动综合给定的函数。虽然布尔可逆逻辑是特别解决的，我们的框架构造中间量子态，可能是在叠加，因此我们结合可逆布尔逻辑和量子计算的技术。所提出的方法的结果，在二次门数的多控制Toffoli门没有辅助，量子进位纹波加法器的线性深度，量子复用器的准线性大小。
2013-03-23 cs.DS cs.ET quant-ph
Fault Tolerant Synthesis of Reversible Circuits
可逆计算在速度、功耗和计算能力方面已经成为传统计算的可能的低成本替代方案。为了在可逆计算中实现可靠的电路，提供容错是必要的。文献中提出了许多故障模型，容错技术（如奇偶保持）和测试方法。本文利用两个可逆门的奇偶保持特性，提供低成本的基于奇偶保持的容错。为了扩展可逆电路的在线可测性，提出了用Peres门代替的方法。并对MCF的Swap门和Fredkin门的在线测试能力进行了验证。最后，开发了一个工具，实现了上述所有替换，并将任意可逆电路转换为基于奇偶保持的容错电路。
2015-01-16 cs.ET quant-ph
Reversible k-valued logic circuits are finitely generated for odd k
在他2003年的论文《Towards an algebraic theory of Boolean circuits》中，拉丰指出，当k是奇数时，在一组k个真值上的可逆电路的类是可逆生成的。他引用了一份私人通讯作为证据。本简短说明的目的是提供该来文的内容。
2016-04-06 cs.ET math.RA quant-ph
A New Gate for Optimal Fault Tolerant & Testable Reversible Sequential Circuit Design
随着高速和复杂计算应用的显著增长，低功耗和高速逻辑电路的设计引起了极大的兴趣。传统的计算设备是基于不可逆逻辑的，并且进一步降低功耗和/或增加速度似乎是没有希望的。可逆计算已经成为一种解决方案，着眼于未来计算设备的功率和速度要求。在可逆计算中，使用的逻辑门是这样的，即输入可以通过从输出反转操作来生成。一些可逆组合电路已经被开发出来，但由于反馈和扇出不被允许，时序电路的增长并不显著。然而，允许在空间中的反馈，在文献中已经报道了非常少的时序逻辑块，即触发器。为了开发时序电路，触发器被用于常规电路中。在传统计算中，也需要良好的电路设计方法、优化和容错设计来构建大型、复杂和可靠的电路。可逆触发器是基本的存储元件，将成为可逆计算和量子计算设备的存储器的构建块。在本论文中，我们计划解决上述问题。首先，我们提出了一种适合于低成本触发器设计的Pareek门，然后说明了开发触发器的设计方法。此外，几乎所有的触发器和一些示例电路已被开发，并最终这些电路已被转换成容错电路，通过保持其奇偶校验和离线以及在线可测试电路的设计已被提出。在本论文的工作中，我们还比较了量子成本以及其他参数与现有的电路，并显示出显着的改善，在几乎所有的参数。
2016-08-05 cs.ET
Digital Circuits Implementation On Rpga Simulator
对于可逆计算，目标技术尚未成为可用。目前还没有为可逆技术开发出适当的工具。模拟仍在开发中。经典的逻辑综合方法和仿真工具不能用于可逆计算。因为这些工作在不可逆逻辑块上，但在可逆计算中，可逆逻辑块用于设计和实现。因此，我们需要一个仿真平台来分析和开发这方面的内容。因此，我们致力于这一领域，并开发了一个基于GUI的模拟器。在论文工作中，我们对FPGA的可逆替代品RPGA进行了仿真。在我们的项目中，我们开发了一个RPGA模拟器。RPGA模拟器结合了PLD/FPGA/CPLD阵列技术。我们的RPGA模拟器，实现了一个给定的对称可逆电路上的RPGA结构。我们还研究了RPGA结构门（picton和kerntopf门），以开发更好的RPGA结构。RPGA结构的分步执行也在RPGA模拟器中执行。设计了新的真值表生成算法和对称性分析算法。本论文的工作旨在开发整个模拟器是基于GUI的，易于学习，使其用户友好。用户可以在我们的RPGA模拟器的GUI中轻松查看所有模拟结果。
2013-10-22 cs.ET
Linear Nearest Neighbor Synthesis of Reversible Circuits by Graph Partitioning
可逆电路中的线性最近邻（LNN）综合已经成为量子计算技术实现中的一个重要问题。我们的目标是获得一个最小的门成本的LNN架构。由于实现最佳综合是一个困难的问题，探试法已被提出在最近的文献。在这项工作中，我们提出了一个基于图分割的方法，LNN合成电路成本降低。特别地，将给定的门级量子电路转换为其等效LNN配置所需的SWAP门的数量被最小化。我们的算法确定了单控制和多控制门的量子位线索引的重新排序。实验结果表明，与相关研究工作相比，多控制Toffoli（MCT）基准电路库的目标量子比特的放置在门数和量子门成本上有显著减少。
2012-12-27 cs.ET quant-ph
Reversible Logic Synthesis with Minimal Usage of Ancilla Bits
在过去的几十年里，可逆逻辑吸引了许多研究兴趣，特别是由于它在量子计算中的应用。在从基本门构造可逆门时，辅助位通常用于消除对特定基本门集合生成的门类型的限制。由于有无限的辅助位，许多门（如Toffoli和Fredkin）成为通用可逆门。然而，辅助钻头的实现可能是昂贵的，因此使最小化必要的辅助钻头的问题成为一个实际的主题。本论文探讨使用单一基底闸及少量辅助位元之可逆逻辑综合问题。两个基地门进行了讨论：3位Toffoli门和原始的3位Fredkin门的变化。有三个主要结果与这两个门相关联：i）可变Toffoli门可以使用1个辅助位生成所有n位可逆门，ii）可变Toffoli门可以不使用辅助位生成所有n位可逆门，这些n位可逆门是偶数排列，iii）Fredkin门可以使用1个辅助位生成所有n位保守可逆门。在本文之前，一般普遍性的最佳已知结果需要三个基本门，保守普遍性的最佳已知结果需要5个辅助位。第二个结果是平凡最优的。对于第一个和第三个结果，我们明确证明了它们的最优性：变化的Toffoli不能生成所有n位可逆门，而不使用任何额外的输入线，和Fredkin门不能生成所有n位保守可逆门，而不使用额外的输入线。我们还探讨了一个更强的版本的第二个逆引入一个新的概念，称为借来的位，并证明了Fredkin门不能生成所有n位保守可逆门没有辅助位，即使有无限数量的借来的位。
2015-06-10 cs.ET quant-ph
Design of Reversible Random Access Memory
可逆逻辑以其低功耗的特点成为当前研究的热点，在各种技术中得到了广泛的应用。提出了一种基于可逆逻辑的随机存储器设计方法。在可逆随机存储器的设计中，提出了可逆译码器和写使能可逆主从D触发器。所有的可逆设计都优于量子成本，延迟和垃圾输出的文献中现有的设计相比。
2013-12-22 cs.AR cs.ET
Design of Efficient Reversible Logic Based Binary and BCD Adder Circuits
在这项工作中，我们提出了一类新的可逆二进制和BCD加法器电路的设计。所提出的设计主要针对辅助输入的数量和垃圾输出的数量进行优化，并且针对量子成本和延迟的可能的最佳值进行设计。首先，我们提出了两种新的可逆纹波进位加法器的设计：（i）一个没有输入进位$c_0$和没有辅助输入位，和（ii）一个输入进位$c_0$和没有辅助输入位。与文献中现有的对应物相比，所提出的没有辅助输入位的可逆纹波进位加法器设计具有更少的量子成本和逻辑深度（延迟）。在这些设计中，量子成本和延迟通过基于可逆Peres门和TR门导出设计来减少。接下来，基于以下两种方法提出了可逆BCD加法器的四种新设计：（i）在二进制模式下执行加法，并在需要时通过检测和校正应用校正以转换为BCD，以及（ii）在二进制模式下执行加法，并始终使用二进制到BCD转换器转换结果。所提出的可逆二进制和BCD加法器可以应用于各种数字信号处理应用，并构成可逆计算的重要设计组件。
2017-12-05 cs.ET quant-ph
A Library-Based Synthesis Methodology for Reversible Logic
本文提出了一种基于库的可逆电路综合方法，其中可逆规范被认为是由一组循环组成的置换。为此，引入了预合成优化步骤，以从不可逆函数构造可逆规范。此外，一个基于循环的表示模型被用作中间格式，在建议的综合方法。选定的中间格式用作所有潜在表示模型的焦点。为了合成给定的函数，使用包含七个构建块的库，其中每个构建块是长度小于6的循环。为了合成大的周期，我们还提出了一个分解算法，它产生所有可能的最小和不等价的因式分解为一个给定的周期长度大于5。所有分解都包含最大数量的不相交圈。生成的分解结合使用一种新的循环分配算法，提出了基于图匹配问题，以选择最佳的可能的循环对。然后，通过使用库的可用组件来合成每一对。分解算法与循环分配方法一起被认为是一种结合方法，该方法为每个循环从库中选择一个构建块。最后，一个综合后的优化步骤被引入到优化的综合结果方面的不同的成本。
2010-04-10 cs.ET quant-ph
A Scalable Synthesis Algorithm for Reversible Functions
本文提出一种基于变换和Quine-McCluskey算法改编的可扩展可逆电路精确综合方法，结合搜索空间缩减技术，显著减少T门层数，适用于NISQ硬件。
2025-04-25 cs.ET cs.PF quant-ph
Near-Landauer Reversible Skyrmion Logic with Voltage-Based Propagation
磁skyrmions是拓扑准粒子，其非挥发性，可检测性和流动性使它们成为低能计算的令人兴奋的候选者。以前的工作已经证明了在级联逻辑结构中电流驱动skyrmions的可行性和效率的启发，可逆计算。由于skyrmion可以通过电压控制的磁各向异性（VCMA）效应以更高的效率推进，这项工作提出了一种基于VCMA的skyrmion传播机制，大大减少了能量耗散。此外，我们展示了我们的新的基于电压的传播，使skyrmion逻辑门的功能，并估计其相对于其他逻辑方案的能源效率。在0 K的VCMA驱动的磁skyrmion逻辑的最小耗散被发现是$\sim$ 6 $\times$的室温朗道极限，表明通过进一步的工程的潜在子朗道耗散。
2023-01-25 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Reversible Circuit Synthesis Using a Cycle-Based Approach
可逆逻辑在包括信号处理、密码学和量子计算在内的各种研究领域都有应用。在本文中，直接NCT为基础的合成一个给定的$k$ -循环在一个基于循环的合成方案进行检查。为此，提出了一组七个构建块，揭示了直接合成给定置换以降低量子成本和平均运行时间的潜力。为了合成一个给定的大周期，我们提出了一个分解算法，从输入规范中提取建议的构建块。然后，介绍了一种综合方法，它使用的积木和分解算法。最后，一个混合的合成框架，建议使用建议的周期为基础的合成方法结合最近的NCT为基础的合成方法之一，这是基于里德-穆勒（RM）光谱。详细分析了该综合方法的时间复杂度和有效性。我们的分析表明，所提出的混合框架导致更好的量子成本在最坏的情况下相比，以前提出的方法。所提出的框架总是收敛，通常合成一个给定的规格非常快的合成算法相比。此外，基准函数的量子成本平均提高了20%（最好的情况下为55%）。
2010-12-27 cs.ET quant-ph
A framework for reversible circuit complexity
可逆单目标门是Toffoli门的推广，Toffoli门是描述综合算法的有用形式化表示，但对于基于某些技术的实际实现来说过于通用。有一个指数下限上所需的Toffoli门的数量来实现任何可逆的功能，但是，也有一个线性上限上的数量的单目标门，可以证明使用一个建设性的证明，基于以前提出的合成算法。由于单目标门可以映射到级联的Toffoli门，这种综合算法提供了一个有趣的框架可逆电路复杂性。本文激励这个框架，并说明了第一个可能的应用程序的基础上。
2014-07-22 cs.ET quant-ph
Gaussian Elimination versus Greedy Methods for the Synthesis of Linear Reversible Circuits
线性可逆电路代表可逆电路的一个子类，在量子计算中有许多应用。这些电路可以通过经典计算机有效地模拟，并且它们的大小受量子位数的多项式限制，使它们成为部署有效方法以降低计算成本的良好候选者。我们提出了一个新的算法，通过使用高斯消除算法的优化版本，再加上一个调谐LU分解合成任何线性可逆算子。我们还提高了纯贪婪方法的可扩展性。总的来说，在随机算子上，我们的算法改进了针对特定问题大小范围的最先进方法：自定义高斯消除算法为大问题大小（n > 150）提供了最佳结果，而纯贪婪方法在n < 30时提供了准最优结果。在可逆函数的基准测试中，我们设法显着减少CNOT计数和电路的深度，同时保持其他重要指标（T计数，T深度）尽可能低。
2022-01-17 cs.ET quant-ph
Feasible methodology for optimization of a novel reversible binary compressor
可逆逻辑由于其低功耗的特点，在超大规模集成电路设计中成为一个非常有吸引力的研究领域。由于输入和输出之间的双射映射，可逆逻辑门被用于通过从输出逻辑检索输入逻辑的特征来优化功耗。本文利用一种新型可逆门设计了4 2和5 2可逆压缩机回路。此外，我们提出了一种新的门，命名为发明0门，用于优化压缩器电路。本发明的0门的效用在于它可以用作具有低垃圾输出值和量子成本的全加器和全减。示出了用于设计压缩机结构的算法。比较研究表明，所提出的压缩器结构优于现有的垃圾输出，门的数量和量子成本。压缩器可以减少进位（产生自全加器）对算法帧设计的影响。此外，我们以较少的MOS管数目实现了一个基本的MOS管可逆门。
2015-09-11 cs.AR cs.ET
SyReC Synthesizer: An MQT tool for synthesis of reversible circuits
可逆电路形成了许多有前途的新兴技术的支柱，例如量子计算，低功耗/绝热设计，编码器/解码器设备和其他一些应用。近年来，这种电路的可扩展综合得到了极大的关注。在这项工作中，我们提出了SyReC合成器，可逆电路的硬件描述语言SyReC的基础上的合成工具。SyReC允许在高抽象级别上描述可逆功能。所提供的SyReC合成器然后以按钮方式实现此功能。相应的选项允许在所需的电路信号/线路的数量（相关的，例如，对于量子计算，其中每条电路线对应于一个量子位）和相应所需的门（对应于电路的成本）。SyReC合成器是一个开源的软件包，作为慕尼黑量子工具包（MQT）的一部分，可在https://github.com/cda-tum/syrec上获得。
2022-12-12 cs.AR cs.ET quant-ph
Design of a Compact Reversible Read-Only-Memory with MOS Transistors
节能器件是现代技术发展的需要，这导致了可逆逻辑的发展。可逆逻辑的综合已经成为一个深入研究的领域，因为它克服了与不可逆性相关的功耗问题。诸如只读存储器（ROM）的存储设备可以以低功耗的可逆方式实现。目前，ROM的可逆性还没有在文献中实现，因此，本文提出了一种新的可逆ROM与互补金属氧化物半导体（CMOS）实现。在介绍可逆ROM结构的基础上，提出了一种新的可逆门--NP门。所有提出的电路“与”门都是用基于CMOS的传输晶体管逻辑实现的。最后，一个算法，以及几个定理的门，晶体管和垃圾输出的数量已被提出来显示可逆ROM的最优性。使用Microwind DSCH软件的仿真已被证明，以验证所提出的设计的正确性。比较结果表明，所提出的设计是有效的，优化的门，晶体管的数量，垃圾输出，量子成本和延迟。
2015-11-07 cs.AR cs.ET
On Asymptotic Gate Complexity and Depth of Reversible Circuits With Additional Memory
可逆逻辑可以用于各种研究领域，例如量子计算、密码学和信号处理。本文研究了由非门、CNOT门和C \textsuperscript{2}非门组成的具有附加输入的可逆逻辑电路。我们考虑一个集合$F(n,q)$的所有转换$\mathbb B^n \to \mathbb B^n$，可以实现的可逆电路与$(n+q)$输入。本文描述了一种类似于Lupanov方法的具有附加输入的可逆逻辑电路的综合方法。我们证明了上渐近界的香农门的复杂性函数$L(n,q)$和深度函数$D(n,q)$的情况下$q > 0$：$L(n,q_0) \lesssim 2^n$，如果$q_0 \sim n 2^{n-o(n)}$和$D(n,q_1) \lesssim 3n$，如果$q_1 \sim 2^n$。
2016-03-19 cs.CC cs.ET
Near Zero-Energy Computation Using Quantum-dot Cellular Automata
近零能量计算描述了在（kBT ln 2）能量极限以下执行逻辑运算的概念。Landauer认为，只要以传统的、不可逆的方式进行计算，就不可能突破这一限制。但是，即使执行可逆计算，在常规技术中实现的操作电路所需的基本能量仍然远高于（kBT ln 2）能量极限，即电路在物理上不可逆地操作。相比之下，像量子点细胞自动机（QCA）这样的新型纳米技术允许以非常低的能量耗散进行计算，因此是打破这一限制的有希望的候选者。因此，可逆QCA电路的设计是一个活跃的研究领域。但是，QCA一般（特别是所提出的电路）是否确实能够以逻辑和物理可逆的方式工作，到目前为止还不清楚，因为物理实现和适当的模拟方法都还没有。在这项工作中，我们解决了这个差距，利用一个既定的理论模型，已实施的物理模拟器，使能量是如何在QCA设计耗散的精确考虑。我们的研究结果提供了强有力的证据，QCA确实是一个合适的技术，近零能量计算。此外，第一次设计的逻辑和物理可逆加法器电路，作为未来的电路与近零能量计算能力的概念验证。
2020-08-17 cs.ET
Momentum-Driven Reversible Logic Accelerates Efficient Irreversible Universal Computation
University of California-Davis（加州大学戴维斯分校）
动量驱动的可逆逻辑通过高效不可逆通用计算实现高性能计算
2026-02-07 cond-mat.stat-mech cs.ET nlin.AO
Quantum Cost Optimization for Reversible Sequential Circuit
可逆时序电路以其极低的功耗成为未来计算设备的重要存储器模块。因此，设计各种类型的闩锁一直被认为是研究人员的主要目标相当长的时间。在本文中，我们提出了有效的设计可逆时序电路，优化量子成本，延迟和垃圾输出。为此，我们提出了一种新的3*3可逆门，称为SAM门，然后我们设计高效的时序电路使用SAM门连同一些基本的可逆逻辑门。
2014-07-26 cs.ET
Reversible Computing with Fast, Fully Static, Fully Adiabatic CMOS
为了提高通用数字计算的能量效率，使其远远超出适用于传统数字电路的热力学限制，将需要利用可逆计算的原理。自20世纪90年代初以来，人们已经知道，基于绝热开关的可逆计算在CMOS中是可能的，尽管文献中几乎所有的"绝热" CMOS逻辑系列实际上都不是完全绝热的，这限制了它们可实现的节能。第一个实现真正的完全绝热操作的CMOS逻辑风格，如果泄漏是可忽略的（CRL）不是完全静态的，这导致了一些实际的工程困难，在某些非理想的存在。后来，“静态”绝热逻辑家族被描述，但它们实际上不是完全绝热的，或者完全静态的，并且慢得多。在本文中，我们描述了一个新的逻辑家庭，静态2级绝热逻辑（S2LAL），这是，据我们所知，第一个CMOS逻辑家庭，这是完全静态的，真正的，完全绝热（模泄漏）。此外，我们认为，S2LAL是最快的此类系列（在全流水线时序电路中），每个逻辑级的延迟为一个"tick"（过渡时间），最小时钟周期（启动间隔）为8个tick。S2LAL要求提供8相梯形电源时钟波形（加上恒定电源和接地参考）。我们认为，如果在一个适当的制造过程中实施，旨在积极减少泄漏，S2LAL应该能够证明一个更高水平的能源效率比任何其他基于晶闸管的数字逻辑家族今天已知的。
2020-09-02 cs.AR cs.ET
HIPE-MAGIC: A Technology-Aware Synthesis and Mapping Flow for HIghly Parallel Execution of Memristor-Aided LoGIC
最近为寻找满足当今设计要求的新颖计算范例所做的努力已经引起了依赖于非易失性存储器的存储器中处理的新趋势。在本文中，我们提出了HIPE-MAGIC，一个技术感知的合成和映射流程高度并行执行的忆阻器为基础的逻辑。我们的框架是建立在两个基本的贡献：逻辑合成过程中的平衡技术，主要针对忆阻交叉阵列（MCA）提供的并行性的好处，和一个有效的技术映射框架，以最大限度地提高性能和面积效率的忆阻逻辑。我们在几个基准套件的实验评估表明，HIPE-MAGIC在吞吐量和能源效率方面的卓越性能相比，最近开发的合成和映射流的目标MCAs，以及传统的CPU计算。
2020-06-05 cs.ET
Ancilla-Input and Garbage-Output Optimized Design of a Reversible Quantum Integer Multiplier
可逆逻辑在量子计算中有应用。可逆逻辑设计需要诸如辅助和垃圾量子位之类的资源来重新配置电路功能或门功能。去除垃圾量子位和辅助量子位是设计高效量子线路的关键。在文献中，已经提出了用于可逆乘法运算的多种设计。乘法硬件对于量子算法、量子密码分析和数字信号处理（DSP）应用的电路设计是必不可少的。现有的可逆量子整数乘法器的设计遭受冗余的垃圾量子比特。在这项工作中，我们提出了一个基于可逆逻辑，无垃圾和辅助量子比特优化设计的量子整数乘法器。所提出的量子整数乘法器采用了一种新的添加和旋转的方法，是特别适合于可逆的计算范例。建议的设计方法是传统的移位和添加方法的修改版本。所提出的量子整数乘法器的设计结合了基于乘法器量子比特的加或不加操作，然后是右旋转操作。所提出的量子整数乘法器的设计产生零垃圾量子比特，并且与现有的可逆量子整数乘法器的工作相比，在辅助量子比特计数方面显示出60%至90%的改进。
2016-08-03 cs.ET quant-ph
Design Automation and Design Space Exploration for Quantum Computers
部署量子线性系统算法和最近的量子模拟算法的主要障碍在于难以找到用于使用现有手工编码方法的算术的廉价可逆电路。受可逆逻辑合成的最新进展的启发，我们使用经典的设计自动化流程和工具合成算术电路。经典和可逆逻辑综合的组合使得能够从众所周知的硬件描述语言（例如Verilog）开始自动设计可逆逻辑中的大型部件。作为我们的方法的原型例子，我们自动生成高质量的网络的倒数$1/x$，这是必要的量子线性系统算法。
2016-12-02 cs.ET quant-ph
Synthesis of Binary-Input Multi-Valued Output Optical Cascades for Reversible and Quantum Technologies
本研究拓展基于群论的分解方法，设计二输入奇素数多值输出的光量子级联电路，提出局部简化变换并给出任意n变量输入、k值输出函数的门数上界。
2024-12-14 cs.ET math.GR quant-ph
A functionally reversible probabilistic computing architecture enabled by interactions of current-controlled magnetic devices
Data Storage Systems Center, Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学数据存储系统中心）
本文提出了一种基于电流控制磁性器件相互作用的功能可逆概率计算架构，通过磁性单元的互作用模拟确定性逻辑门，实现高效随机样本生成和复杂逻辑功能的可逆计算。
2026-01-19 cond-mat.mes-hall cs.ET
Designing Parity Preserving Reversible Circuits
可逆电路的容错设计比经典电路要困难得多，目前在保持奇偶性的可逆逻辑设计方面的工作还很少。此外，所有这些设计都是特别的，基于一些预定义的奇偶保持可逆门作为构建块。在本文中，我们首次提出了一种新颖的和系统的方法对奇偶保持可逆电路的设计。我们给出了一些相关的理论结果，并给出了从可逆规范到保奇偶可逆规范和从不可逆规范到保奇偶可逆规范的两个算法。我们还通过大量的实验结果来评估我们的方法的有效性。
2013-08-04 cs.AR cs.ET
A Novel Approach for Designing Online Testable Reversible Circuits
可逆逻辑由于其低功耗的特性而引起了研究者的兴趣。本文提出了一种设计在线可测可逆电路的新方法。所得到的可测试可逆电路可以检测任何一位错误，而它正在工作。适当的定理和引理，以澄清所提出的设计。实验结果表明，我们的设计方法是优越的门数，垃圾输出和量子成本。
2013-12-22 cs.AR cs.ET
Logic Synthesis for Quantum Computing
我们提出了一个综合框架，将逻辑网络映射成用于量子计算的量子线路。综合框架是基于LUT网络（查找表网络），它在传统的逻辑综合中起着关键作用。在LUT网络中的LUT和可逆网络中的可逆单目标门之间建立连接允许我们将常规逻辑合成与用于量子计算的逻辑合成桥接，尽管存在几个基本差异。我们称我们的综合框架基于LUT的分层可逆逻辑综合（LHRS）。LHRS的输入是一个经典逻辑网络，输出是一个量子网络（用Clifford+ $T$门实现）。该框架提供了权衡量子比特的数量与量子门的数量。在第一步中，导出仅由单目标门组成的初始网络，并且已经完全确定了最终量子网络中的量子位数。然后使用不同的方法将每个单目标门映射到Clifford+ $T$门，同时旨在最佳地使用可用资源。我们证明了我们的方法在自动合成IEEE兼容的浮点网络的有效性，以双精度。由于许多量子算法以科学模拟应用为目标，它们可以充分利用浮点运算组件。但由于缺乏对这些组件的量子线路描述，很难为这些算法找到一个现实的成本估计。我们的综合基准提供了成本估计，允许量子算法设计者为大量量子算法提供第一个完整的成本估计。因此，基准测试和更一般的LHRS框架是实现理解哪些量子算法在第一代量子计算机中实用的目标的重要一步。
2017-06-08 cs.ET quant-ph
Building a Completely Reversible Computer
可逆计算的可行性进行了严格的分析。关键问题是：是否有可能建造一台完全可逆的计算机？仔细研究可逆计算的内部方面以及外部约束条件，如热力学第二定律，表明在建立可逆计算机之前必须解决一些困难。它示出，一个传统的可逆计算机将需要能量来设置从不可逆信号的可逆输入，用于读出的可逆输出，用于逻辑元件之间的信息的传输，并最终为控制信号，这将需要更多的能量耗散到环境中。本文给出了可逆计算机物理实现过程中所需消耗的最小能量的一个宽松的界，并给出了可逆计算原理的一个推广。
2017-02-28 cs.ET quant-ph
