Fredkin- kapu (CSWAP az angolból. Controlled SWAP - kontrollált csere) - a CU osztály univerzális három bemenetes logikai kapuja (U vezérelt műveletek), amely bármilyen bonyolultságú áramkörök építéséhez elegendő . Reverzibilitással rendelkezik - a kimenetek állapotának ismeretében pontosan beállíthatja az elem bemeneteinek állapotát, így ennek alapján reverzibilis számításokat és reverzibilis logikai áramköröket építhet. Különösen kvantumkapuként használható kvantumszámítógépek megvalósításában . Edward Fredkinről nevezték elaki ezt a kaput javasolta [1] .
A szelepnek három bemenete és három kimenete van - (C, A, B). Ha van vezérlővonali jel (első bemenet, c ), a két vezérelt vonal (második és harmadik bemenet, a és b ) jelei felcserélődnek. Vezérlőjel hiányában a vezérelt vonalak jelei közvetlenül, csereművelet nélkül haladnak át. Az első kimenet a módosítatlan vezérlővonal jel [2] .
Általánosságban elmondható, hogy működésében hasonló a „vezérelt nem” kapuhoz (CNOT), azonban a pozitív és negatív logika egyenértékűsége két kapcsolt bemenettel kombinálva univerzálissá és önellátóvá teszi, ellentétben a „controlled not”-val.
A szelep szimmetriájának okát Richard Feynman is megadja könyvében:
Fredkin további megszorítást adott az általa figyelembe vett kapuk be- és kimeneteire. Nemcsak azt követelte meg, hogy a kapu megfordítható legyen, hanem azt is, hogy az egyesek és nullák száma soha ne változzon. Nem volt rá jó ok, de mégis megtette.
Eredeti szöveg (angol)[ showelrejt] Fredkin egy extra megkötést adott az általa figyelembe vett kapuk kimeneteire és bemeneteire. Azt követelte, hogy ne csak egy kapu legyen megfordítható, de az 1-ek és 0-k száma soha ne változzon. Ennek nincs jó oka, de mégis megtette. Bevezetett egy ellenőrzött csereműveletet végző kaput. — Feynman olvasmányok a számítástechnikában, 2.3 "További információ a kapukról: Megfordítható kapuk"A nullák és egyesek számának egyensúlya (konzervativitás) miatt ez a kapu a Fredkin által is javasolt biliárdszámítógépen is megvalósítható [3] .
Igazságtáblázat [4] :
| C | A | B | C' | A' | B' |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | egy | 0 | 0 | egy |
| 0 | egy | 0 | 0 | egy | 0 |
| 0 | egy | egy | 0 | egy | egy |
| egy | 0 | 0 | egy | 0 | 0 |
| egy | 0 | egy | egy | egy | 0 |
| egy | egy | 0 | egy | 0 | egy |
| egy | egy | egy | egy | egy | egy |
A Fredkin-kapu a Toffoli-kapuval együtt jól ismert univerzális reverzibilis hárombemenetes kapuk, amelyek segítségével bármilyen reverzibilis logikai függvény megvalósítható [5] .