两点量子元胞自动机逻辑电路设计与仿真

择多逻辑门和反相器是量子元胞自动机(QCA)逻辑电路的基本组件。设计了两点量子元胞自动机(两点QCA)的传输线、择多逻辑门和反相器等基本逻辑器件。通过仅在信号沿竖直方向传递需要取反时用到水平放置元胞的设计,使电路布局更加紧凑。利用这些基本逻辑器件完成了一位数值比较器电路的设计。基于两点QCA系统的半经典模型,利用遗传模拟退火法对电路功能进行了仿真。仿真结果显示,两点QCA同样能够有效实现传统四点QCA的功能,而其所需的电子数和量子点数均减少了32.1%,电路集成度提高了49.4%。

两点量子元胞自动机全加器电路设计

针对两点量子元胞自动机在信号沿竖直方向进行取反操作时元胞容易发生翻转的问题,提出了一种将信号沿竖直方向的取反操作转移到水平方向的方法,并将此方法运用到两点量子元胞自动机的异或门结构以及基于此异或门结构的全加器电路的设计。利用遗传模拟退火算法对电路功能进行了仿真,仿真结果验证了该方法的可行性和正确性。与利用传统四点量子元胞自动机设计的全加器电路相比,文中设计的全加器电路所需的电子数和量子点数均减少了25%,电路集成度提高了6.2%。"

一种基于两点量子元胞自动机电路的仿真方法

针对两点量子元胞自动机在半经典模型下的结构特点,提出了一种基于遗传模拟退火法确定两点量子元胞自动机系统状态的方法。遗传模拟退火法结合了适合全局搜索的遗传算法与适合局部搜索的模拟退火算法两者的优点,既提高了收敛速度,又防止了种群的早熟现象。通过对两点量子元胞自动机的传输线、反相器、扇出以及逻辑门等基本逻辑电路的仿真,验证了该算法的可行性和正确性。

背景电荷对两点量子元胞自动机电路的影响

背景电荷是影响两点量子元胞自动机电路可靠性的一个重要因素。为了量化分析不同区域内背景电荷对两点量子元胞自动机信息正确传输概率的影响,建立了两点量子元胞自动机状态转换的概率模型,求解出目标元胞在背景电荷影响下发生翻转的概率。研究结果表明,以元胞尺寸和间距均取20 nm为例,信号沿水平方向传输时,背景电荷在离目标元胞40 nm范围内将导致元胞错误翻转;信号沿竖直方向传输时,背景电荷在离目标元胞32 nm范围内将导致元胞错误翻转。背景电荷对目标元胞输出状态的影响范围随电路中元胞间距的增大而增大,而与元胞尺寸无关。