基于概率模型的择多逻辑门背景电荷分析

建立了时不变双量子阱系统状态转换的概率模型,量化分析了背景电荷对量子元胞自动机(QCA)择多逻辑门的影响。仿真结果表明,决策元胞处于各态概率既受背景电荷位置的影响,还与择多逻辑门的输入密切相关。背景电荷在一定坐标范围内会引起择多逻辑门决策元胞的错误翻转,甚至使决策元胞以接近100%的概率处于非预期态。不同输入状态在相同位置的背景电荷的影响下,决策元胞处在各态的概率并不相同。背景电荷影响下,决策元胞有可能以接近100%的概率处于"X0"或"X1"态,双稳态模型在背景电荷分析中并不适用。此外对比发现,QCA概率模型在背景电荷分析上计算量最小,具有一定的优越性。

基于贝叶斯模型的QCA扇出结构转换特性

基于半径为2的贝叶斯模型,量化分析了量子元胞自动机(QCA)扇出结构的转换特性。分析表明,采用半径为1的贝叶斯模型进行QCA转换特性分析将导致传输线正确概率的误差增大到40%,而半径为2的贝叶斯模型平衡了运算量和计算精度,适用于QCA的可靠性分析。仿真表明,扇出结构的正确概率随元胞尺寸和元胞间距的增大而逐渐降低,也随着输入条件和输出端的不同而改变,输入为‘1’时,扇出的拐角输出端的正确概率高于85%,而输入为‘0’时,拐角输出端的正确概率低于20%。这是由于QCA是一种基于量子机理进行工作的器件,不同的输入或不同的元胞尺寸和元胞间距都将造成元胞扭结能的改变,进而影响元胞的翻转概率。研究所得结论可为今后QCA的电路实现与设计和可靠性分析提供参考。

新型基于量子元胞自动机的3-8译码器

为进一步优化量子元胞自动机(QCA)电路的设计,采用5输入择多逻辑门,设计了新型3-8译码器,降低了延时和面积,提高了传输线的正确概率,减小了传输线之间的串扰,利用QCADesigner验证了3-8译码器的逻辑功能。与K.Moein等人提出的3-8译码器相比,该3-8译码器将延时降低了18%,面积减小了36%,交叉线数量减少了33%,最大传输线长度缩短了57%。性能的提升对于译码器的模块化设计和今后更大规模的QCA电路设计都具有借鉴意义。

温度对南方小花蝽捕食西花蓟马功能反应的影响

为探明南方小花蝽Orius similis对西花蓟马Frankliniella occidentalis的控制潜能,开展了不同温度下南方小花蝽对西花蓟马2龄若虫捕食的功能反应及寻找效应的研究。结果表明,在5个温度(19℃、22℃、25℃、28℃和31℃)条件下,南方小花蝽(4龄、5龄、雌成虫)对西花蓟马2龄若虫的功能反应均符合HollingⅡ圆盘方程。南方小花蝽各虫态捕食量的差异与猎物密度和温度有一定的关系。不论何种虫态均以22～28℃的捕食量较高,19℃和31℃捕食量较低。以瞬时攻击率和寻找效应为评价指标,发现在19～25℃,南方小花蝽各虫态对西花蓟马2龄若虫的捕食效能随温度的上升而提高,25℃时达到最高,寻找效应最好;继续升高温度,其捕食效能下降,寻找效应降低。

量子元胞自动机器件和电路的研究进展

量子元胞自动机(QCA)是一种新颖的纳米技术,该技术不再通过电流或电压而是基于场相互作用进行信息的计算和传递。首先,综述了两种量子元胞自动机(EQCA和MQCA)器件的计算原理、基本逻辑门和时钟。指出了QCA元胞构成的不同线结构可在相同层交叉传递信号而不受影响。然后,进一步总结了制备QCA器件和功能阵列或电路的实验方法和材料,得出MQCA器件和分子EQCA器件的发展将使该器件逐步达到实际应用水平的结论。详细讨论了目前QCA器件和电路(尤其是存储单元结构)研究取得的重要进展以及面临的问题。提出了QCA器件未来理论和应用研究中的开放课题和方向。

倾斜边缘纳磁体对磁性量子元胞自动机互连线信号传递的影响

纳磁体倾斜边缘是磁性量子元胞自动机(Magnetic quantum cellular automata,MQCA)制备过程中常见的缺陷。研究倾斜边缘纳磁体的位置、缺失程度、形状等对互连线的影响,并分析了纳磁体间距和厚度对倾斜边缘MQCA互连线信号传递的影响。仿真结果得出,倾斜边缘对互连线的信号传递产生三种影响:正常、反向和中断。倾斜边缘的缺失尺寸越大,互连线的信号传递受到的影响越大;难磁化轴方向边缘完全缺失的情况下,较小的垂直缺失尺寸即可对互连线信号传递造成较大影响;较薄的厚度和较小的间距更有利于包含倾斜边缘纳磁纳磁体的互连线信号的正常传递。这些结论对于MQCA电路的制备、缺陷分析以及倾斜边缘纳磁体的特殊应用具有重要意义。

基于量子元胞自动机的模可变计数器设计

模可变计数器是一种功能丰富、灵活性很强的时序逻辑电路。基于一种二维纳米尺度计算范例量子元胞自动机(QCA)设计了一种2位模可变计数器单元电路,该计数器由2个JK触发器和5个基本逻辑门构成。采用置零模式设置了计数器的初始状态,该方法为解决QCA时序逻辑电路设计中输出端随机初始状态的消除问题提供了一条有效途径。在QCA版图设计过程中,通过延迟匹配规则完成了反馈回路的时钟布线。QCADesigner软件仿真结果表明,设计的计数器具有正确的逻辑功能,当两位模式控制信号M2M1为01,10和11时,分别实现了模2、模3和模4计数。

基于量子元胞自动机的PLA故障分析和检测

量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata,QCA)可编程逻辑阵列(programma-ble logic array,PLA)结构可用于实现大规模可编程逻辑电路。分析了4种故障类型发生在PLA单元的8个区域中的影响,得出了具体的影响效果。其中,直接或间接致使隐含线和与门发生逻辑错误的故障均会导致PLA中故障所在行整行失效,其他故障只会影响故障所在的PLA单元的逻辑功能和配置,而对PLA中的其他单元没有影响。此外,基于故障分析,提出了具体的PLA故障检测方法。

磁性量子元胞自动机拐角结构的理论模拟和实验

磁性量子元胞自动机拐角结构是一种同时含有铁磁耦合和反铁磁耦合的电路.理论模拟了外加时钟场作用下铸铁磁性材料拐角结构的信号传递.采用微磁仿真给出了信号传递的磁化演化图,结果证实了铸铁纳磁体能够实现含有两种冗长耦合结构的稳定转换.实验制备了相应的拐角结构,扫描电子显微图和磁力显微图结果显示了成功的电路图案和正确的两种耦合方式信号传递.

Impact of stray charge on interconnect wire via probability model of double-dot system

The behavior of quantum cellular automata （QCA） under the influence of a stray charge is quantified. A new time-independent switching paradigm, a probability model of the double-dot system, is developed. Superiority in releasing the calculation operation is presented by the probability model compared to previous stray charge analysis utilizing ICHA or full-basis calculation. Simulation results illustrate that there is a 186-nm-wide region surrounding a QCA wire where a stray charge will cause the target cell to switch unsuccessfully. The failure is exhibited by two new states＇ dominating the target cell. Therefore, a bistable saturation model is no longer applicable for stray charge analysis.