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
Powerful Quantum Circuit Resizing with Resource Efficient Synthesis
本文提出两种量子电路调整大小算法，分别利用门依赖规则和数值实例化合成技术，在优化深度的同时将量子比特数减少61.6%或45.3%，并对先前无法调整的电路平均减少20.7%的量子比特数。
2023-11-22 cs.ET quant-ph
Nearest neighbor synthesis of CNOT circuits on general quantum architectures
本文针对一般量子架构提出关键量子比特优先映射模型和噪声感知CNOT线路最近邻综合算法，利用禁忌搜索优化初始映射，有效提升了综合后线路的保真度。
2025-05-31 cs.ET quant-ph
Depth-Optimal Synthesis of Clifford Circuits with SAT Solvers
本文利用纠缠输入与稳定子形式体系将 Clifford 综合归约为多项式规模 SAT 问题，证明其属于 NP，并提出深度最优编码，借助 SAT 求解器显著降低随机 Clifford 与 Grover 的 Clifford+T 电路深度。
2023-06-02 cs.ET quant-ph
Efficient synthesis of universal Repeat-Until-Success circuits
最近，它表明，重复直到成功（RUS）电路可以实现一个$2.5$倍减少预期的$T$ -计数比无辅助技术的单量子位酉分解。然而，以前最有名的算法来合成RUS电路需要指数经典运行时间。在本文中，我们提出了一个算法来合成一个RUS电路，以近似任何给定的单量子比特幺正精度$\varepsilon$在概率多项式经典运行时间。我们的合成方法使用Clifford+ $T$基，加上一个辅助量子比特和测量。我们提供的数值证据表明，我们的RUS电路有一个预期的$T$ -计数平均$2.5$倍低于理论下限的$3 \log_2 (1/\varepsilon)$的辅助无单量子位电路分解。
2014-09-19 cs.ET quant-ph
Synthesis of unitaries with Clifford+T circuits
我们描述了一种新的方法来近似一个任意的$n$量子比特与精确$\varepsilon$使用Clifford和T电路与$O(4^{n}n(\log(1/\varepsilon)+n))$门。该方法是基于四舍五入一个单一的环$\mathbb{Z}[i,1/\sqrt{2}]$和采用精确综合。我们还表明，任何$n$酉环$\mathbb{Z}[i,1/\sqrt{2}]$与形式$(a+b\sqrt{2}+ic+id\sqrt{2})/2^{k}$的条目可以准确地合成使用$O(4^{n}nk)$ Clifford和T门使用两个辅助量子比特。这种新的精确综合算法是对B. Giles和P.Selinger需要$O(3^{2^{n}}nk)$基本门。
2013-06-13 cs.ET quant-ph
LEAP: Scaling Numerical Optimization Based Synthesis Using an Incremental Approach
虽然显示出很大的希望，电路综合技术，结合数值优化与搜索电路结构面临的可扩展性的挑战，由于大量的参数，指数搜索空间，和复杂的目标函数。LEAP算法使用迭代电路合成、增量重新优化、降维和改进的数值优化来改进这些维度上的缩放。LEAP借鉴了最佳综合算法QSearch的设计，通过增量方法对其进行扩展，以确定电路的常数前缀解决方案。通过缩小搜索空间，LEAP将可扩展性从4个量子位电路提高到6个量子位电路。LEAP使用已知的量子线路（例如QFT）和物理模拟电路（例如VQE、TFIM和QITE）进行了评估。LEAP可以比QSearch更快地编译高达$59\times$的四个量子位幺正，并且与QFAST包相比，可以用最多$1.2\times$更少的hocT编译五个和六个量子位幺正。与CQC Tket编译器相比，LEAP可以将CNOT计数减少最多$36\times$或平均$7\times$。尽管它的算法，LEAP已经产生了许多测试用例的先验已知的解决方案的最佳电路。LEAP所介绍的技术也适用于其他基于数值优化的综合方法。
2021-12-17 cs.ET quant-ph
Numerical circuit synthesis and compilation for multi-state preparation
本文提出数值方法解决多态制备的电路综合与编译问题，涵盖态制备和酉综合，在可行时比矩阵分解方法减少最多40%的双量子比特门，并应用于猫态制备和量子通道综合。
2023-09-19 cs.ET quant-ph
Parametric Synthesis of Quantum Circuits for Training Perceptron Neural Networks
本文提出了一种用于训练感知器神经网络的量子线路参数综合方法。使用Grover算法和修改的oracle函数找到突触权重。运行这些参数合成电路训练感知器的三种不同的拓扑结构的结果进行了说明。这些电路在100量子比特的IBM量子模拟器上运行。量子线路的合成使用量子合成器“Naginata”进行，该合成器是在本工作范围内开发的，其源代码已在GitHub上发布并进一步记录。本文描述了用于训练单层感知器的量子线路综合算法。目前，量子线路主要是通过人工将逻辑元件放置在象征量子比特的线路上来创建的。创建量子线路合成器“Naginata”的目的是由于这样一个事实，即使在量子算法中的操作数量略有增加，也会导致相应的量子线路的大小显着增加。这在创建和调试这些量子线路时都造成了严重的困难。我们的量子合成器的目的是使用户有机会使用更高级别的命令来实现量子算法。这是通过为常用操作创建通用块来实现的，例如：加法器，乘法器，数字比较器（比较运算符）等。因此，用户可以通过使用这些通用块来实现量子算法，量子合成器将以所选量子计算环境支持的格式为该算法创建合适的电路。这种方法大大简化了量子算法的开发和调试过程。
2022-09-20 cs.ET quant-ph
Exact synthesis of multiqubit Clifford+T circuits
证明了酉矩阵在具有局部附属环的Clifford+T门集上有精确表示当且仅当其元素在环Z[1/sqrt（2），i]中.此外，我们表明，一个附属机构总是足够的。这些事实被克柳奇尼科夫、马斯洛夫和莫斯卡证实了。我们得到了一个算法，从任何这样的n-qubit操作合成一个精确的Clifford+T电路。我们还刻画了Clifford+T算子可以表示为没有ancillas。
2013-04-02 cs.ET quant-ph
Parallelizable Exact Synthesis of Quantum Circuits via Semi-Tensor Product
Key Laboratory of System Software (Chinese Academy of Sciences), Institute of Software, Chinese Academy of Sciences（中国科学院软件研究所系统软件重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Beijing Zhongke Arclight Quantum Computing Technology Co., Ltd.（北京中科极光量子计算技术有限公司）；Nanjing Tech University（南京工业大学）；Taizhou University（台州学院）；Ningbo University（宁波大学）
针对现有量子电路精确合成方法的不足，本文基于半张量积理论，为CNOT和相位多项式电路引入并行精确合成框架，通过特定枚举和求解方式实现并行加速，在小实例上比基线快，在实际工作流程中多数情况表现更优。
2026-08-18 cs.ET quant-ph
Faster Quantum Number Factoring via Circuit Synthesis
实现Shor的量子数分解算法的一个主要障碍是模幂电路的大尺寸。我们减少了这个瓶颈定制可逆电路的模乘个人运行的肖尔算法。我们的电路合成程序利用乘法运算符的频谱特性，并从适当的GCD算法的执行轨迹构造优化电路。从经验上讲，门数减少了4-5倍，电路延迟减少了更大的因素。
2013-01-15 cs.DS cs.ET quant-ph
Improved Synthesis of Toffoli-Hadamard Circuits
本文研究了 Toffoli-Hadamard 门集的精确电路综合问题，通过引入两种改进方法，将综合电路的复杂度从 $O(2^n \log(n)k)$ 显著降低至 $O(n^2 \log(n)k)$，并将结果扩展至二进分数正交矩阵。
2023-05-18 cs.ET quant-ph
Synthesis and Optimization of Encoding Circuits for Fault-Tolerant Quantum Computation
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Global Technology Applied Research, JPMorgan Chase（摩根大通全球技术应用研究部）；QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）；Quantum and Computer Engineering Department, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子与计算机工程系）；neQxt
本文提出了一种高效合成任意稳定子码编码电路的方法，通过稳定子表架搜索和贪心算法优化两量子比特门数和深度，对多种稳定子码实现改进，支持容错量子计算中的编码态制备优化。
2026-05-14 cs.ET quant-ph
GTQCP: Greedy Topology-Aware Quantum Circuit Partitioning
本文提出GTQCP，一种基于量子比特依赖图贪心启发式的量子电路划分方法，在保持与ScanPartitioner几乎相同划分质量的同时，运行时间比最快方法快18%，比最高质量方法快96%。
2024-10-03 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
The exact synthesis of 1- and 2-qubit Clifford+T circuits
我们描述了一种新的方法，用于分解具有$\mathbb{Z}[i,\frac{1}{\sqrt{2}}]$中的条目的任意$n$量子比特算子，即，形式为$(a+b\sqrt{2}+i(c+d\sqrt{2}))/{\sqrt{2}^{k}}$的Clifford+ $T$算子，其中$n\le 2$ .该方法首先由Giles和Selinger提出，通过分解成$1$和$2$两级矩阵，最多使用一个辅助电路来实现$O(k)$门的约束。
2014-08-22 cs.ET quant-ph
Quantum circuit synthesis with qudit phase gadget method
针对qudit量子系统的算法实现需求，提出适用于NISQ和容错时代的qudit相位gadget方法，可在任意连接架构上渐近最优地综合对角幺正矩阵，大幅降低电路深度并能推广至其他综合问题。
2025-04-17 cs.ET quant-ph
Synthesis of the Optimal 4-bit Reversible Circuits
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！2^44个函数）。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，我们提出了一个算法，合成任何4位可逆规格的最佳电路。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，包括随机4位排列的合成，最佳合成的所有4位线性可逆电路，现有的基准函数的合成，和最佳电路的分布。我们的研究结果对量子线路的设计和优化、电路综合性能的测试以及量子信息处理领域的实验都具有重要意义。
2010-03-09 quant-ph
Parallelizing quantum circuit synthesis
量子线路合成是将任意幺正操作分解为来自通用集合的门序列的过程，通常是量子计算机可以有效且容错地实现的一个通用集合。随着量子计算机物理实现的改进，对能够有效合成电路组件和它们将运行的算法的工具的需求正在增长。用于精确的多量子位电路合成的现有算法在量子位的数量和电路深度上呈指数级缩放，使得在多于少数量子位上的电路的合成难以处理。即使是电路综合过程中的适度改进也可能导致重大进步，不仅推动了可解决的电路综合问题的大小的边界，而且还推动了由于具有更高效的电路而可以物理实现的边界。提出了一种基于确定性行走的量子线路综合方法。也称为伪随机游动，这些游动是一旦选择了起始点，其路径就完全确定的游动。我们应用我们的方法来构建一个并行的电路综合框架，并实现这样一个版本执行最佳的$T$计数合成的Clifford+ $T$门集。我们使用我们的软件来呈现并行化在运行时上提供显著加速的示例，以及直接确认4量子位1位全加器具有最佳的$T$ -计数7和$T$ -深度3。
2016-10-14 quant-ph
Heuristic and Optimal Synthesis of CNOT and Clifford Circuits
University College London（伦敦大学学院）
本研究针对CNOT与Clifford电路，提出最优、A*及贪心三类综合算法，可最小化两量子比特门数量或电路深度，经基准测试性能优于现有方法，相关算法已在GitHub仓库开源。
2026-09-09 quant-ph
Synthesis of Multivalued Quantum Logic Circuits by Elementary Gates
提出了广义受控X（GCX）门作为二量子基元门，并基于Cartan分解给出了单量子基元门。然后，我们讨论了这些基本门的物理实现，并表明它是可行的与当前的技术。利用这些基本门可以方便地综合出许多重要的量子量子门。我们为各种受控量子门的综合提供了有效的方法，大大简化了现有一般多值量子线路的综合。此外，我们推广的量子香农分解（QSD），最强大的技术的通用量子比特电路的合成，量子的情况下。通过对四量子电路和量子位电路的比较，发现在量子线路的综合中，使用四量子电路可能比使用量子位电路更有优势。
2013-02-01 quant-ph
Architecture aware compilation of quantum circuits via lazy synthesis
量子位路由是量子线路编译中的一个关键问题。它包括重写一个量子线路，通过添加尽可能少的指令，使电路符合某些体系结构的连接约束。通常，这个问题通过SWAP插入技术或使用架构感知合成算法重新合成电路的部分来解决。在这项工作中，我们提出了一个元启发式耦合的迭代方法的交换插入技术与贪婪的体系结构意识的合成例程。我们提出了两个新的编译算法的基础上，这个元启发式和比较他们的性能，以国家的最先进的量子电路编译技术的几个标准类的量子线路和显示显着减少纠缠门开销由于编译。
2022-06-02 quant-ph
Synthesis and Optimization of Reversible Circuits for Homogeneous Boolean Functions
齐次布尔函数是任何密码系统的重要组成部分。为齐次布尔函数构造优化的可逆电路的能力可能会产生在诸如量子计算机之类的新型计算范例上构建密码系统的可能性。本文提出了一种因式分解算法来综合这样的电路。
2007-10-02 quant-ph
Multi-controlled Phase Gate Synthesis with ZX-calculus applied to Neutral Atom Hardware
本文提出一种基于ZX演算的多控制相位门综合方法，利用ZX图的图结构识别电路中隐含的多控制相位门，并在中性原子硬件上验证了其相对于Qiskit综合的执行时间优势。
2024-08-12 cs.ET quant-ph
Efficient synthesis of probabilistic quantum circuits with fallback
最近已经表明，重复直到成功（RUS）电路可以近似一个给定的单量子位幺正与$T$门的预期数量约为$1/3$所需的Clifford+ $T$门集上的最佳，确定性，无辅助分解。在这项工作中，我们引入了一个更一般和概念上更简单的电路分解方法，允许合成到协议，概率实现量子线路在几个通用的门集，包括但不限于，Clifford+ $T$门集。该协议，我们称之为概率量子线路与回退（PQF），实现了离散马尔可夫链上的行走，其中目标酉是一个吸收状态，其中过渡是由多量子比特酉随后测量引起的。与RUS协议相比，所提出的PQF协议在有限数目的步骤后终止。具体来说，我们将我们的方法应用于Clifford+ $T$，Clifford+ $V$和Clifford+ $π/12$门集合，以实现预期门计数为$\log_b(1/\varepsilon)+O(\log(\log(1/\varepsilon)))$的分解，其中$b$是与底层通用门集合的扩展属性相关的量。
2014-09-19 cs.ET quant-ph
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
Tight Bounds on the Synthesis of 3-bit Reversible Circuits: NFT Library
可逆电路综合问题可以归结为置换群问题。这使得Schreier-Sims算法的强生成集寻找问题，以找到紧边界的3位可逆电路的综合使用NFT库。紧界包括3位可逆电路的最大和最小长度，3位可逆电路的最大和最小代价。分析表明，更好的结果比文献中发现的成本的下限。分析还表明，有1960个通用可逆子库从主NFT库。
2013-04-25 quant-ph
QGo: Scalable Quantum Circuit Optimization Using Automated Synthesis
量子计算的当前阶段处于噪声中间尺度量子（NISQ）时代。在NISQ设备上，双量子比特门（如hocT）比单量子比特门噪声大得多，因此必须尽量减少它们的数量。量子线路综合是将任意幺正电路分解为一系列量子门的过程，并且可以用作优化工具来产生更短的电路以提高整体电路保真度。然而，合成的解决方案的时间随着量子比特的数量呈指数增长。因此，对于大量子比特规模的电路，合成是难以处理的。在本文中，我们提出了一个分层的，逐块优化框架，QGo，量子线路优化。我们的方法允许指数成本优化，以扩展到大型电路。QGo使用分区和合成的组合：1）将电路划分为一系列独立的电路块; 2）使用量子合成重新生成和优化每个块; 3）通过将所有块拼接在一起重新组成最终电路。我们进行了分析，并显示在三个不同的制度保真度的改善：小尺寸的电路上的真实设备，中等大小的电路上的噪声模拟，和大尺寸的电路上的分析模型。使用一组NISQ基准测试，我们表明，QGo可以减少CNOT门的数量，平均减少29.9%，与工业编译器（如t| ket>.当在IBM Athens系统上执行时，较短的深度导致较高的电路保真度。我们还展示了我们的QGo技术的可扩展性，以优化60+量子位的电路。我们的技术是第一次成功地采用和缩放合成的编译工具链中的大型电路的演示。总的来说，我们的方法是强大的直接纳入生产编译器工具链。
2022-03-23 quant-ph
Approximate Quantum Circuit Synthesis using Block-Encodings
量子计算的挑战之一是将酉算子综合成具有多对数门复杂度的量子线路。一般来说，通用酉的精确合成需要指数数量的门。我们提出了一种新的近似量子线路合成技术，通过放松幺正约束，并通过块编码将它们交换为辅助量子比特。这种方法将更容易合成的较小的块编码结合到用于较大运算符的量子线路中。由于使用块编码，我们的技术不限于酉算子，也可以应用于任意算子的合成。我们表明，运营商可以近似的一个典型的polyadic表达式与polylogarithmic数量的条款，可以合成与polylogarithmic门复杂度相对于矩阵维数。
2020-10-23 quant-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 SAT Encoding for Optimal Clifford Circuit Synthesis
Johannes Kepler University Linz（林茨约翰内斯·开普勒大学）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
本文提出了一种基于SAT问题编码的Clifford电路最优合成方法，通过结合SAT求解器和二分查找方案，提升了合成效率。
2025-12-12 cs.ET quant-ph
A Novel Synthesis Algorithm for Reversible Circuits
本文提出了一种新的基于非搜索的可逆电路综合算法。与广泛使用的基于搜索的方法相比，我们的算法是guarantied产生的结果，可以导致一个解决方案，与更少的步骤。为了评估所提出的方法，几个电路取自文献。实验结果证实了预期的结果。
2010-04-09 quant-ph
QFAST: Quantum Synthesis Using a Hierarchical Continuous Circuit Space
我们提出了QFAST，量子合成工具，旨在产生短路，并在实践中扩展良好。我们的贡献是：1）能够对布局和拓扑进行编码的电路的新颖表示; 2）具有迭代细化公式的分层方法，其将电路结构搜索期间的“粗粒度”快速优化与仅在最终电路实例化阶段中的良好但较慢的优化阶段相结合。与最先进的技术相比，尽管不是最佳的，但QFAST可以为领域科学家使用的“时间相关进化”算法生成更短的电路。我们还展示了我们的配方在电路深度和运行时间方面的可组合性和可调性。例如，我们展示了如何在给定的层次结构中插入最佳的第三方合成算法来生成较短的电路。可组合性实现了跨芯片架构的可移植性，这是现有方法所缺少的。
2020-03-26 quant-ph
Synthesis of Arbitrary Quantum Circuits to Topological Assembly: Systematic, Online and Compact
将任意量子线路变换成由表面码量子纠错码（拓扑量子纠错的变体）保护的形式是具有挑战性的，特别是如果目标是最小化开销。其中一个问题是在抽象计算所需资源的时空体积中有效地放置魔态蒸馏子电路，即所谓的蒸馏盒。这项工作提出了一个通用的，系统的，在线的方法，这样的电路的综合。蒸馏箱的放置由所谓的控制器控制。这项工作介绍了一个贪婪的调度程序生成紧凑的盒子放置。实现的软件，其源代码可在网上，是用来说明和讨论合成的例子。提出了合成和优化改进。
2017-11-04 quant-ph
Optimal synthesis of multivalued quantum circuit
虽然多值量子逻辑综合已经有了很多工作，但多值量子线路是否比传统的二值量子线路更有效的问题仍然没有解决。在这篇文章中，我们致力于一般多值量子线路的优化。改进了多值量子Shannon分解（QSD），使所得电路对所有维数d都是渐近最优的。对均匀多重控制$R_y$旋转的综合也进行了优化，使电路进一步简化。研究了多值量子线路复杂度的理论下界，提出了一个衡量多值量子线路综合效率的指标--效率指数.这里给出的qudit电路的算法是一个有效的综合例程，它产生所有维度d的最佳已知结果，并且对于这两种情况，qudit n的数量都很小，并且是渐近的。多值量子线路确实比二值量子线路更有效。事实上，量子电路的复杂性下限的主导因素与量子比特电路相比小了d-1倍，并且渐近效率指数随着维数d的增加而增加，揭示了量子电路相对于一般量子比特电路的潜在优势。用本文给出的算法综合的一般n量子电路和一般二量子电路是比最有效的量子电路更有效的实用电路。
2015-06-14 quant-ph
(A Variant of) Clifford Circuit Synthesis is NP-Complete
Johannes Kepler University Linz（林茨约翰内斯·开普勒大学）
本研究证明最优Clifford电路综合的一个变体是NP难的，通过将3边可着色性归约到CZ门电路综合，并证明额外Clifford门无法改进深度，从而明确其复杂性边界。
2026-10-02 quant-ph
Reducing Quantum Circuit Synthesis to #SAT
该研究首次将通用量子电路合成问题归约到最大模型计数，提出针对 Clifford+T 门集的 #SAT 编码，并扩展 d4Max 支持复数与负权重以表示振幅，实验证明经典工具有潜力解决量子电路合成问题。
2025-11-04 quant-ph
Synthesis of Ternary Quantum Logic Circuits by Decomposition
用于量子计算的多值逻辑的最新研究已经显示出用于按比例放大量子计算机的实际优势。多值量子系统也被用于量子密码学的框架中，并且通过推广量子比特簇态，提出了量子比特簇态的概念。提出了一种基于进化算法的三值量子线路综合器和一种基于矩阵分解的综合方法，提出了一种基于余弦-正弦酉矩阵分解的三值量子线路递归综合方法。
2005-11-04 quant-ph
A Synthesis Method for Quaternary Quantum Logic Circuits
四元量子电路的综合涉及四元量子域中的基本四元门和逻辑运算。在本文中，我们提出了新的投影运算和四元逻辑门综合四元逻辑功能。我们还演示了实现所提出的门使用基本的量子四元操作。然后，我们使用我们的综合方法来设计四进制加法器和一些基准电路。我们的结果在电路成本方面，优于现有的作品。
2012-10-26 cs.OH quant-ph
Fault-tolerant circuit synthesis for universal fault-tolerant quantum computing
提出了一种基于级联码实现通用容错量子计算的量子线路综合算法。为了实现容错量子计算，需要将容错量子协议转换为基于最近邻相互作用的可执行量子线路。与基本上基于局部运算定义的拓扑码不同，对于级联码，可以通过应用量子线路综合来获得由局部运算组成的电路。然而，通过现有的为普通量子计算算法开发的量子线路综合，在所得到的电路中可能不能保持协议的容错性。此外，实现通用容错量子计算的量子线路还需要考虑更多的问题。首先，当选择量子位移动路径（一系列\emph{SWAP}门）以满足几何局域性约束时，我们不必在数据量子位上传播量子错误。第二，电路应该是独立的，这样无论情况如何都可以独立行动。第三，对于通用的容错量子计算，我们需要多个容错量子协议的多个容错量子线路作用于同一输入，一个逻辑数据量子比特。最后，我们需要回顾一下容错协议，如综合征测量和编码器隐含地包括以测量结果为条件的经典控制处理，因此必须在时间流中划分量子线路以执行经典控制。本文提出了电路综合的方法来解决这一问题，并给出了如何综合$[[7,1,3]]$ Steane码的通用容错协议集和$[[23, 1, 7]]$ Golay码的伴随式测量协议。
2022-06-06 quant-ph
QFAST: Conflating Search and Numerical Optimization for Scalable Quantum Circuit Synthesis
我们提出了一个量子合成算法，旨在产生短路和规模以及在实践中。的主要贡献是一种新的表示电路能够编码布局和拓扑结构使用通用的“门”，这使得QFAST算法，以取代昂贵的搜索电路结构与几个步骤的数值优化。与最佳深度、基于搜索的最先进技术相比，QFAST产生了类似的结果：电路长度增加了1.19倍，最多可达4个量子位，编译速度提高了3.6倍。此外，QFAST可扩展至7个量子位。与Qiskit中最先进的基于“规则”的分解技术相比，QFAST产生的电路短了两个数量级（331倍），尽管慢了5.6倍。我们还展示了与其他技术的可组合性和我们的配方在电路深度和运行时间方面的可调性。
2021-03-12 quant-ph
Comparison of the Cost Metrics for Reversible and Quantum Logic Synthesis
提出了一种确定由量子非门、量子控制非门、量子控制V门和量子控制V+门组成的最佳三线电路的宽度优先搜索方法。结果是简单的门计数和技术驱动的成本指标。最佳的NCV电路也比较NCV电路从最佳的非，CNOT和Toffoli（NCT）门电路。这里提出的工作提供了基本的结果和动机继续研究的直接综合的NCV电路，并建立在不同的电路成本指标的功能实现之间的关系。
2006-02-04 quant-ph
EPOC: A Novel Pulse Generation Framework Incorporating Advanced Synthesis Techniques for Quantum Circuits
本文提出 EPOC 框架，首次将电路综合引入量子最优控制，通过 ZX-Calculus、电路划分与等价表示优化加速脉冲生成，实现 31.74% 和 76.80% 的延迟降低。
2024-05-06 quant-ph
Architecture-Aware Synthesis of Stabilizer Circuits from Clifford Tableaus
针对NISQ时代量子硬件门数优化需求，提出基于Clifford表象的架构感知稳定子电路综合方法，在硬件连通图内优化CNOT门，在门数、保真度和执行时间上优于现有前沿技术。
2024-10-30 quant-ph
High-Performance Exact Synthesis of Two-Qubit Quantum Circuits
Photonic Inc.（光子公司）；George Mason University（乔治梅森大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）
本文提出了一种基于Clifford+T门集的两量子比特电路精确合成框架，通过优化T计数和构建查找表，实现了高效且可重用的合成引擎。
2026-01-27 quant-ph
Quantum circuit synthesis for fermionic excitations in coupled cluster theory
National Taiwan University（国立台湾大学）；Chang Gung University（长庚大学）；Chang Gung Memorial Hospital（长庚纪念医院）
本文通过量子计算优先方法推导了单粒子耦合簇算子，揭示其结构源自费米子代数在单位元约束下的自然涌现，澄清了量子化学与量子计算实现间的概念差距。
2026-10-27 quant-ph
Reversible Logic Circuit Synthesis
可逆或信息无损电路在数字信号处理、通信、计算机图形学和密码学中有应用。它们也是新兴的量子计算领域的基本要求。我们研究的可逆电路，采用最少数量的门，不包含冗余的输入输出线对（临时存储通道）的合成。我们建设性地证明，每一个偶置换可以实现没有临时存储使用非，CNOT和TOFFOLI门。我们描述了一种算法的最佳电路的合成和研究的可逆功能的三根电线，报告分布的电路尺寸。我们研究了可逆电路的电路分解，其中相同类型的门彼此相邻。最后，在量子计算的一个重要应用中，我们合成了Grover搜索算法的预言机电路，并显示出比以前提出的合成算法有显着改进。
2003-02-27 quant-ph
Automatic synthesis of quantum circuits for point addition on ordinary binary elliptic curves
在为Shor算法求解离散对数问题设计量子线路时，实现群运算是一项成本关键的任务。我们介绍了一个工具，用于自动生成普通的二进制椭圆曲线，一个突出的平台组的数字签名的加法电路。我们的Python软件生成的电路描述，在不增加量子位数或T深度的情况下，涉及的T门数量不到以前最好的构造的39%。该软件还通过适当的图形着色来优化GF（2）线性运算的（CNOT）深度。
2014-01-10 quant-ph
Optimal quantum circuit synthesis from Controlled-U gates
从几何方法，我们推导出所需的任意控制酉门的最小数量的应用程序来构建一个通用的量子线路。一个新的分析施工过程中，提出并证明是最优或接近最优。这一结果可以推广到提高任意纠缠门构造通用量子线路的效率。具体来说，对于受控非门和双受控非门，我们开发了简单的分析方法来构造具有三种应用的通用量子线路，这是最不可能的。
2003-08-29 quant-ph
Unitary Synthesis with AlphaZero via Dynamic Circuits
本文提出受 AlphaZero 启发的强化学习智能体，利用离散逻辑门精确编译酉变换，并扩展到含测量与条件门的动态电路，以低推理时间高效综合可复用量子子程序。
2025-08-28 quant-ph
Approximate Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary
针对NISQ时代量子电路综合问题，提出基于资源限制的对角幺正矩阵近似合成算法，可在普通笔记本上合成最多15量子比特的电路，在0%-12%误差范围内平均减少3.2ε的CNOT门，12量子比特合成需6.57秒、15量子比特约561.71秒。
2024-12-02 quant-ph
Discovering Quantum Circuit Components with Program Synthesis
针对量子算法需人工设计、量子力学反直觉导致量子计算新方式难探索的问题，提出用程序合成形式的AI从基本门出发自动发现复合门库，助力酉矩阵分解等量子电路合成任务并可复用经验概念。
2023-05-02 quant-ph
Efficient Synthesis of Linear Reversible Circuits
在本文中，我们考虑使用C-NOT门库的n线线性可逆电路的电路综合。这些电路是一类重要的可逆电路，可应用于量子计算。以前的算法，基于高斯消去和LU分解，在最坏情况下产生O（n^2）门电路。然而，信息论的界限表明，这可能会减少到O（n^2/log n）门。我们提出了一种算法，是最佳的乘法常数，以及Theta（log n）倍比以前的方法。虽然我们的结果主要是渐近的，模拟结果表明，即使相对较小的n，我们的算法是更快，比标准方法产生更有效的电路。一般来说，我们的算法可以被解释为一个矩阵分解算法，产生一个渐近有效的分解成一个产品的基本矩阵的二进制矩阵。
2003-02-03 quant-ph
