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
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
Quantum reversibility and a new model of quantum automaton
这篇文章试图概括可逆计算的经典理论，主要由Bennet [IBM J.Res.Develop.，17（1973）]和Fredkin和Toffoli [Internat.理论物理学杂志，21（1982）]，量子的情况。这是构建量子计算机的基本步骤，因为时间有效的量子计算是一个可逆的物理过程。本文的结构如下。第一部分回顾了可逆计算的经典理论。在第二部分中，它表明，在经典的框架中使用的设计，以减少空间的消耗不能推广到量子的情况下，它也表明，量子计算通常是更苛刻的空间比经典计算。在最后一节中，我们提出了一个新的全量子可逆自动机模型。这种自动机的计算能力至少等于经典自动机。最后一节得出了一些结论。
2001-02-21 quant-ph
Asymptotically optimal synthesis of reversible circuits
本文提出一种算法，使用不超过O(2^n n/log n)个基本门实现任意n线可逆电路，证明了其匹配2003年提出的下界，从而解决了可逆电路综合渐近最优性的开放问题。
2024-11-16 quant-ph
Reversible addition circuit using one ancillary bit with application to quantum computing
在量子计算机上实现算术的大部分工作都借鉴了经典可逆计算的结果（例如[VBE 95]，[BBF02]，[DKR 04]）。这些量子网络本质上是经典的，因为它们可以只用Toffoli门来实现。Draper [D00]提出了一种基于量子傅里叶变换的内在“量子”网络。他的方法的优点是不需要进位量子位（以前的方法需要O（n）进位量子位）。[D00]中的网络使用量子旋转门，必须以指数精度实现，否则近似。在本文中，我给出了一个O（n^3）Toffoli门网络，用于可逆地执行原地加法，只有一个辅助位，证明了实现这个目标并不需要固有的量子技术（只要我们愿意牺牲二次电路深度）。在贴出这张便条的原始版本后，C向我指出。Zalka指出，[BCD+96]中使用了基本相同的加法技术。那篇论文中的场景是不同的，但是很明显他们描述的技术是如何推广到本文中的。
2004-09-06 quant-ph
Energetic instability of passive states in thermodynamics
被动性是热力学中的一个基本概念，它要求量子系统的能量不能被任何作用于系统的可逆的幺正过程降低。在许多这样的系统的极限中，被动性又导致了完全被动性、热状态和热力学温度的出现。相反，在这里我们只需要考虑一个单一的系统，并表明每个被动状态，除了热态是不稳定的一个较弱的形式的可逆性。更准确地说，我们证明了，给定任何非热量子态的一个副本，当我们可以使用一台以可逆循环运行且其状态保持不变的机器时，我们可以从该状态中提取最大量的能量。这意味着，对于单个系统，在一般可逆过程下稳定的唯一形式的被动性是完全被动性，因此提供了一个单次和更多的物理动机的热状态和温度的出现的识别。从被动状态提取功的机器利用了这样一个事实，即可以找到充当虚拟热库的子空间和充当虚拟冷库的子空间。我们表明，可以提取最佳的工作量，并且机器在虚拟水库对之间的卡诺效率下运行。
2017-01-06 quant-ph
An analysis of reversible multiplier circuits
乘法器电路在可逆计算中起着重要的作用，它在低功耗CMOS设计、光学计算、DNA计算和生物信息学等领域都有着重要的应用。在这里，我们提出了一种新的可逆乘法器电路与优化的硬件复杂度。优化乘法器电路进行了比较与早期的建议。我们已经表明，量子成本的早期建议，可以进一步减少与现有的局部优化算法（例如模板匹配，移动规则和删除规则）的帮助下。提出了一种降低量子代价的系统协议。它也已被证明，在门数的优势，在一些较早的建议，通过引入新的可逆门是一个人工制品，如果它是允许的，那么每个电路块可以减少到一个单一的门。此外，它表明，4 × 4可逆门提出的乘法器电路（全加器）的一个组成部分的设计既不是唯一的，也不是特殊的，许多这样的4 × 4门可能会被建议。作为例子，三个这样的新的门已在这里，它表明，建议的门是通用的。它还表明，我们的设计的总成本是最小的。
2009-07-20 quant-ph
Reversible work extraction in a hybrid opto-mechanical system
随着纳米技术的进步，热力学也必须按比例缩小，需要特定的协议来提取和测量功。通常，这样的协议涉及到一个无限能量的外部经典场（电池）的作用，它控制着一个小量子系统（发热流体）的能级。在这里，我们提出了一个现实的设备，可逆地提取工作在电池的有限能量：混合光机械系统。此类设备由光学活性两能级量子系统组成，该系统与纳米机械振荡器强烈相互作用，该振荡器提供并存储机械功，扮演电池的角色。我们确定了电池与量子发射器交换大量可测量的工作而不与之纠缠的协议。当量子发射器耦合到热浴时，我们表明，热力学可逆性可以通过最先进的设备实现，为在单个比特级别实现信息到能量转换的完整循环铺平了道路。
2015-02-16 quant-ph
Logical Interpretation of a Reversible Measurement in Quantum Computing
我们给出了一种新的量子测量的逻辑描述，这种测量是由一个假设的内部观察者进行的可逆操作，或者说是在一个量子空间背景（如模糊球）中进行的量子测量.其结果是，非矛盾和排中律都失效了，导致了一个次协调的对称逻辑。我们的猜想是，在这种情况下，人们可以开发出足够的量子计算逻辑。标准量子逻辑的作用则被限制在描述投射测量方案。
2005-02-08 cs.LO math-ph math.LO
Some Coxeter Groups in Reversible and Quantum Compuation
在这篇文章中，我们展示了如何在可逆和量子计算的门集的考克斯特群的结构。这些组具有有效的字问题，这意味着从这些门构建的电路具有有效缩短的潜力。这在量子计算的情况下特别有用，当人们没有时间尺度来执行一长串门，因此必须进行最小化电路深度的门调度时。作为主要的例子，我们考虑3SAT的Oracle。
2018-10-20 cs.ET quant-ph
Role of Quantum Coherence in Thermodynamics
我们找到了时间平移协变演化下量子系统相互转换的充要条件，并利用它解决了单次激发和渐近两种情形下量子热力学中的几个问题.众所周知，量子无热性的资源理论是不可逆的，但在PRL 111，250404（2013）中，声称该理论是可逆的，“只要能级上的相干叠加的次线性量可用”。在这里，我们表明，如果一个次线性量的能级之间的相干被认为是免费的，那么资源理论的无热性将变得微不足道。相反，我们表明，通过考虑一个次线性量的能量是免费的，无热理论成为可逆的纯态的情况下。对于混合州的案件，同样的主张仍然缺乏证据。
2022-11-28 math-ph math.MP quant-ph
Reversible Fault-Tolerant Logic
现在人们普遍认为，实现不可逆逻辑的CMOS技术将在2016年之后达到规模限制，而增加的功耗是一个主要的限制因素。可逆计算可能需要任意少量的能量。最近出现了几种具有规模潜力并且自然地执行可逆逻辑的纳米级器件。本文讨论了在实现任何纳米级可逆计算系统之前需要解决的几个基本问题，包括可靠性和性能权衡以及架构优化。许多纳米级器件将仅限于近邻相互作用，需要仔细优化电路。我们提供有效的容错（FT）电路时，限制到二维和一维。最后，我们计算我们的FT电路产生的熵（因此，热）的界限，并提供定量估计，在我们失去不可逆计算的任何优势之前，我们可以使我们的电路有多大。
2005-04-04 cs.IT math.IT quant-ph
Quantum Vertex Model for Reversible Classical Computing
经典计算到统计力学模型的映射在解决一些复杂的计算问题上取得了显著的成功。然而，这样的映射显示热力学相变，这可能会阻止达到解决方案，即使是简单的问题，已知是在多项式时间内可解决的。在这里，我们映射到一个平面顶点模型，没有大量的经典热力学相变，独立的计算电路的通用可逆的经典计算。在我们的方法中，计算的解决方案被编码在顶点模型的基态中，其复杂性反映在系统松弛到其基态的动力学中。我们使用热退火和没有“学习”，探索典型的计算问题。我们还将顶点模型映射到D-Wave机器的Chimera架构中，基于量子退火的最新实现，启动了一种可逆经典计算的方法。
2017-05-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.CC
Verified compilation of space-efficient reversible circuits
从高阶码生成可逆电路是包括低功耗电子学和量子计算在内的多个应用领域中的重要问题。现有的工具编译和优化可逆电路的各种指标，如整体电路大小或所需的空间总量可逆地实现给定的功能。然而，很少有人花精力验证结果的正确性，这在量子计算中是一个特别重要的问题。在那里，编译不仅允许映射到硬件，还允许估计实现给定量子算法所需的资源，这一过程对于确定哪些算法将优于经典算法至关重要。我们提出了一个可逆的电路编译器称为ReVerC，已正式验证F* 和编译电路，正确操作的输入程序。我们的编译器编译的Revs语言组合可逆电路与尽可能少的辅助位，并可证明清理临时值。
2018-04-20 cs.ET quant-ph
Thermodynamics of quantum processes: An operational framework for free energy and reversible athermality
International Institute of Information Technology, Hyderabad（海德拉巴国际信息技术学院）
通过公理化定义通道自由能，构建量子过程的非热性资源理论，证明其渐近可逆性，并揭示与信息处理任务的联系。
2026-06-24 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
Reducing the Depth of Linear Reversible Quantum Circuits
在量子计算中，量子比特的退相干时间决定了可用的计算时间，并且当使用当前硬件时，该时间非常有限。在本文中，我们最小化一类电路的执行时间（深度），称为线性可逆电路，它在量子计算中有许多应用（例如，稳定器电路、CNOT+T电路等）。我们提出了一个实用的制定一个分而治之的算法，产生量子线路是现有算法产生的两倍浅。我们提高了理论上的上限的深度在最坏的情况下，为一定范围的量子比特。我们还提出了基于成本最小化的贪婪算法，以找到更小或简单的运营商的最佳电路。总的来说，我们设法持续减少一类可逆函数的总深度，在无辅助的情况下节省高达92%，在辅助量子位可用时节省高达99%。
2022-01-17 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
Finite-Time Processes In Quantum Thermodynamics: The Limits Of Irreversibility
本文构建广义几何热力学框架，研究有限时间量子过程中的熵产生与耗散极限，扩展 Landauer 原理并优化介观热机。
2024-10-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Short History of Rocks: or, How to Invent Quantum Computing
本文回顾数字逻辑与量子计算的发展史，设想 von Neumann 在 1946 年通过量子化布尔代数算子而非状态，提出了一种更简单灵活的量子电路演算方法。
2025-02-14 physics.hist-ph physics.pop-ph quant-ph
