量子逻辑系统分为二值量子系统和多值量子系统,目前对多值量子系统的研究甚少,但多值量子系统在信息安全、编码量子位等方面都优于二值量子系统,所以未来往多值量子系统发展是一种趋势。三值量子系统作为多值量子系统的最小情况,具有重要的研究意义,从已有的三值量子逻辑电路的研究成果中可以发现,研究者对于三值量子逻辑电路的研究大多侧重于综合方法,而对其优化方法的研究较少,因此,本文对三值量子逻辑电路的优化设计进行了研究,具体研究内容如下:(1)提出并证明了14条三值量子逻辑电路优化规则。根据三值量子基本门级联的特性,总结出14条优化规则,这些优化规则适用于大多数三值量子逻辑电路,可以有效的优化由三值Toffoli门、三值Feynman门、三值M-S门构成的三值量子逻辑电路。(2)设计出了三值量子逻辑电路优化算法。基于上述的14条优化规则,设计出了三值量子逻辑电路优化算法,然后使用C语言在VC++6.0环境下对该算法进行了编程实现,以便当三值量子逻辑电路的输入位数和门数过多时,仍能参照本文设计的14条优化规则去优化电路。(3)实现了三值量子全加器、全减器、加减器的优化设计。依次对n位三值量子全加器、全减器、加减器进行了人工设计,再使用上述的优化算法对电路进行改良,改良后的电路与目前已见报道的同类型电路相比,量子代价和辅助线都是最少的,是当前该类型电路的最优设计,对三值量子逻辑电路的设计有启发作用,也进一步证明了本文设计的优化规则及优化算法的实用性。(4)实现了三值量子乘法器的优化设计。目前尚未见到有使用三值Toffoli门、三值Feynman门及三值M-S门设计的三值量子乘法器的报道,因此,本文设计出了一位三值量子乘法器的电路并利用上述优化算法对电路进行改进,最后基于常规逻辑的阵列乘法器组成原理设计出了n×n位三值量子乘法器,为三值量子逻辑电路的设计提供参考。