量子布尔电路构建的系统性算法

为了构建通用量子计算机，量子设备实现经典布尔逻辑至关重要。量子布尔逻辑的直接实现方式是使用辅助量子比特作为中间存储。这种低效的实现方式会导致使用大量辅助量子比特。本文中，我们推导出一种系统性的方法，利用基本量子门实现任意一般的 m 位到 n 位组合布尔逻辑。我们的方法将 m 位到 n 位的经典映射转换为具有最少辅助量子比特数的 t 位酉量子操作，然后使用 Toffoli 门的一种变体作为基本构建块来构造该酉操作。最后，这些构建块中的每一个都可以分解为一位旋转门和两位受控 U 门。通过将网络效率表述为一个受约束的集合划分问题，我们对其进行了考虑。