基于二维光子晶体全光逻辑门的设计

在二维光子晶体中嵌入了线缺陷,利用线性干涉效应和波导耦合,设计了一种基于二维光子晶体的同或门和与非门结构。主要采用平面波展开法对该二维光子晶体的能带结构进行分析,采用时域有限差分法,结合线性干涉效应,在Rsoft平台对所设计的同或门和与非门进行稳定电场图和归一化功率仿真。仿真结果标明:设计的同或门对比度高达29.5 dB,响应时间为0.073 ps,数据传输速率为13.7 Tbit/s;设计的与非门对比度高达24.15 dB,响应时间为0.08 ps,数据传输速率为12.5 Tbit/s。这些结果表明所设计的结构对比度高、响应时间短和数据传输速率快。

基于智能水凝胶薄膜电极构建可视化分子逻辑门的综合化学实验的课程思政设计

本案例将多种思政元素融入到智能水凝胶薄膜电极的制备、表征及其应用于构筑可视化分子逻辑门的综合化学实验中,通过多学科交叉研究搭建基础教学与前沿科技的桥梁,引导学生关心国家新兴材料研发、可持续发展和数字信息加密等问题。本案例的设计有助于培养学生服务国家战略和经济社会发展的责任感,勇于创新和攀登科学高峰的使命感等意志品质。

一种基于异质多铁结构全局应变时钟的纳磁体择多逻辑门

利用正、负磁致伸缩系数材料(Terfenol-D,Ni)对相同应变的响应差异,提出了一种基于异质多铁结构全局应变时钟的纳磁体择多逻辑门,设计了“高应力启动-低应力计算”的两步择多计算模式,使用MuMax3微磁学仿真软件建立了该器件的微磁学模型,并研究了其能量演化情况和周期能耗.仿真结果表明:异质多铁结构全局应变时钟纳磁体择多逻辑门能够成功地对任意的3端输入组合连续执行择多计算;应用两步择多计算模式,该器件计算正确率可达100%,其执行连续计算的周期为2.75 ns,周期能耗约64 aJ.研究发现:应力各向异性能和偶极子耦合能变化引起的能量势阱变化是决定该器件磁化动力学行为的主要原因.本文研究结果可为纳米磁逻辑电路的设计提供重要指导.

利用机器学习设计光子晶体全光逻辑门

为了加速光子晶体性能分析和全光逻辑门的设计,提出了利用神经网络设计基于带隙传输的光子晶体全光逻辑门。使用逆向神经网络,根据需要的群折射率、光子带隙和工作频率等光学性质,成功逆向预测光子晶体逻辑门的结构参数。仿真结果表明:该逻辑门能在时域实现AND和NOT运算;对比输入和运算输出的脉冲宽度,AND运算脉宽仅变化3.6%,实现稳定的包络和精确的“数字”逻辑运算。

周围空气分子吸附对单分子自旋逻辑门功能性影响的理论研究

单分子自旋逻辑门是分子自旋电子学中重要的功能器件之一.本文将两个二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子通过碳原子链相连然后再通过碳原子链连接到(4,4)单壁碳纳米管电极以构成单分子自旋逻辑门器件.利用第一性原理方法研究了周围空气分子吸附对所设计单分子自旋逻辑门器件功能性的影响.理论计算结果表明,所设计的单分子器件根据对输入和输出信号定义的不同可以实现AND、NOR或XNOR逻辑运算功能.将其置于空气中时,CO_(2)气体分子的吸附不影响器件的逻辑运算功能.相反,当O_(2)、N_(2)或H_(2)O分子吸附时,器件不再具有上述逻辑运算功能.进一步分析发现,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与吸附CO_(2)气体分子间相互作用很.弱,分子器件费米能级附近的电子态几乎不受影响.然而,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与O_(2)、N_(2)或H_(2)O分子间相互作用较强,导致分子器件费米能级附近的导电态远离费米能级,从而使自旋向上和自旋向下的电子都不导通,进而使逻辑运算功能失效.研究工作表明,周围空气中的气体分子吸附对单分子器件功能性具有重要影响.

经典逻辑门与量子逻辑门之比较

本文通过经典逻辑门与量子逻辑门之比较,论述了量子计算的特点、量子算法的巨大威力及量子逻辑门的实现问题。

基于RTD可编程逻辑门的数字电路3层网络综合算法

随着集成电路的不断发展,CMOS器件的工艺逐渐达到其物理设计极限,研究新器件和新设计方法成为集成电路继续发展的必经之路.阈值逻辑门因具有强大的逻辑功能而备受关注,共振隧穿二极管(RTD)因其负阻特性在设计阈值逻辑门时更具优势.由于阈值逻辑门与二进制神经元模型有相似之处,因此可用神经网络模型实现逻辑函数,从而为电路设计提供新的思路.对基于RTD可编程逻辑门的3层网络算法中的隐层综合算法进行了改进,提出采用汉明距离最大优先覆盖的方法对真向量进行覆盖,从而提高了真向量的覆盖效率,减少了隐层函数个数,并采用真假向量标记的方法简化了隐层综合算法.提出的算法比原隐层综合算法简单,进一步简化了基于RTD可编程逻辑门实现n变量函数的电路.

基于和图的电流型CMOS三变量通用逻辑门设计

电流型电路具有高速、低功耗、带宽、设计方便、直观、易于实现多值逻辑电路等优点。阈算术代数系统的提出为电流型电路的设计提供了更符合电流信号运算特点的系统方法,而和图是将逻辑函数转化为阈算术函数的图形表示方法。本文在谱技术的基础上,提出了一种新的和图与谱系数图的转换方法,设计了一种基于和图的电流型CMOS三变量通用逻辑门,即三变量特征阈值逻辑门,可实现任意的三变量阈值函数。

二分法在多线量子逻辑门分解中的应用

将经典的对称二分法应用于多线量子可逆逻辑门的分解中,证明当量子位数n≥5且3≤k≤n-2时,任意多线量子可逆逻辑门(′k-′CNOT门)可以在没有辅助位的情况下由少于[4﹂log2(k-2)」+1-3(2﹂log2(k-2)」+1-k+1)2﹂log2(k-2)」]个′2-′CNOT门(Toffoli门)构成.利用该方法可以使由多线量子可逆逻辑门分解而生成的物理电路门阵列数大幅下降.与Yang等报道的实验结果相比,′2-′CNOT门的数量级由O(2k)减少为O(k2).

用基本两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门的研究

量子电路是实现量子态幺正演化的手段,一位和两位门是构成量子电路的基础。Barenco用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能,张登玉在Barenco的工作基础上对用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能进行了改进。通过对Barenco方案和张登玉方案的分析和研究,提出了一个用基本的两位量子逻辑门实现n位量子逻辑门功能的新方案,该方案结构更简单,且所用的两位门更易于实现,同时指出和改正了张文的不太准确的结论。

可逆逻辑门网络的表示与级联

可逆计算是一个新兴的研究领域,可逆逻辑门网络的级联是可逆计算的重要内容.本文提出了一种可逆逻辑网络表示方法,给出了相应的可逆网络模型.为了构造可逆逻辑网络,给出了一种可逆逻辑门单元库的构造方法.证明了同一垂直线上两个不相交可逆逻辑门单元的输出值与此二逻辑门单元分布到相同平行线的两条相邻垂直线上的输出值之间的关系;给出了分布在相同平行线上奇数和偶数个相邻的相同可逆逻辑门单元输出结果的性质.提出了一种可逆网络输出向量的表示方法和基于可逆门编码的可逆网络级联方法,以此生成给定范围内的可逆网络.通过变进制数的方法快速找到可逆网络输出向量所对应的序号,降低了搜索次数,减小了搜索空间,为进一步综合大规模可逆网络,提高可逆网络级联效率提供了支持.Benchmark例题验证表明,该方法构造的可逆网络控制门数更少,代价更小.

含逻辑门的雷达组网作战效能评估研究

为了充分考虑雷达组网系统中若干子层重要指标对整体效能的影响,更加贴切地反映装备的真实效能,将"逻辑门"的思想应用到雷达组网作战效能指标的聚合中,构建了基于"逻辑门"的雷达组网作战效能评估指标层次体系;并应用模糊综合评价法,对系统中主要指标进行评估,解决了类似于"一票否决"式指标对雷达组网系统整体效能的影响问题,为合理评价该系统效能提供了一种方法。

Inhibit化学逻辑门:基于Al^(3+)和Fe^(3+)的β-二酮荧光开关的研究

合成了1,3-二苯基-4-苯乙酰-5-吡唑酮(HDPP-PA)与Al3+,Fe3+形成的配合物,通过元素分析、质谱、红外光谱、紫外-可见吸收、荧光光谱等测试方法,对其组成和结构进行了表征,发现Fe3+能有效地减弱Al配合物的荧光,为此将HDPP-PA与Al3+和Fe3+组成一个具有INHIBIT操作功能的化学逻辑门.

基于三变量通用阈值逻辑门的三变量逻辑函数查表综合

介绍并讨论了逻辑函数的分类和通用阈值逻辑门,提出了使用三变量通用阈值逻辑门实现任意三变量逻辑函数的查表综合方法,并给出了若干设计实例.

基于色胺酮衍生物的阴离子探针和分子逻辑门

通过色胺酮与苯肼反应生成一种新型的腙类化合物.在该化合物的DMF溶液中,用含有不同阴离子的四丁基铵盐测试了其对阴离子的识别能力.实验结果表明,加入F-,AcO-和H2PO-4后,溶液由黄色立即变为橙色,而加入Cl-,Br-,I-,ClO-4,NO-3和HSO-4离子则无变化.通过核磁共振波谱证实了探针的识别机制,并设计了一个四输入的分子逻辑门.

非可逆逻辑门的量子可逆实现研究

经典的逻辑关系可以使用逻辑函数加以表示,通过类比可以定义量子逻辑函数。然而量子逻辑门实现的都是幺正变换,从而是可逆变换,非可逆变换不能直接实现。通过添加辅助量子位可以增添量子输出信号的区分位,完成对非可逆逻辑门的改造,使得非可逆逻辑门在量子逻辑电路中得到可逆实现。具体研究了或门、与非门以及或非门等常见的逻辑门的改造方法。以丢失部分量子信息为代价来改造量子逻辑电路,并给出了可以实现的优化后的量子逻辑电路。

生物光敏蛋白bR膜应用于光子逻辑门的研究(英文)

生物光敏蛋白细菌视紫红质（简称ｂＲ）是目前国际上公认的非常有发展前途的生物光色材料．ｂＲ光循环中的基态Ｂ和较稳定的中间态Ｍ所特有的性质，使得ｂＲ膜具有互补抑制调制透射特性．黄光、紫光同时入射ｂＲ膜，两者的透射光强将被互相抑制，如固定紫光光强，改变黄光光强，随黄光光强由０逐渐增大，黄光、紫光的透射性质可呈现３个阶段：第一阶段，黄光被全抑制，紫光性衰减；第二阶段，两束光皆被全抑制；第三阶段，紫光被全抑制，黄光线性增强．将这个特性应用于光子器件研究，设计了二进制双变量光子逻辑门与、或、与非、或非、０．以二光强相等紫光作为信号光代表输入，以光强可变黄光作为偏置光调节ｂＲ膜的透射性质，适当选择黄光或紫光的透射光强作为逻辑门运算结果，即可在一个器件上实现上面所提到的５种运算，且成功地进行了模拟实验．以低光强作为逻辑意义上的“０”，以高光强作为逻辑意义的“１”，实验运算效果很好．“０”、“１”可明显区别．此全光逻辑器件具有结构简单，功能丰富。

三变量通用阈值逻辑门的设计

讨论了逻辑函数的谱系数分类,给出了特征阈值逻辑函数的定义.在此基础上提出了三变量通用阈值逻辑门的设计方法,分别得到了单输出和带反相双输出的三变量通用阈值逻辑门,并给出了用三变量通用阈值逻辑门实现三变量阈值逻辑函数的实例.

常用逻辑门芯片测试装置研究与设计

结合数字电路相关课程的改革,针对数字电路中常用的74/54系列逻辑门芯片,研究并设计了一种基于单片机最小系统的常用逻辑门芯片测试装置。该装置为电子技术相关理论和实践教学提供了快速、直观、稳定的测试方式,提高了实验室芯片检测的效率与准确率,同时也提高了理论与实验课程的教学效果。

设计合成亚胺类化合物用于金属阳离子逻辑门识别及双控荧光分子开关构建

报道了首次设计合成希夫碱还原产物N,N-双(4-甲氧基苯)乙基-1,2-二胺受体分子L。通过考察L与12种金属阳离子作用时的荧光性质变化,发现Cu2+和Fe3+对L有显著的荧光猝灭作用,Zn2+和Cd2+对L有明显的荧光增强作用;因此可构建受体分子L对两对金属阳离子的"OR"逻辑门作用关系,形成逻辑识别体系。测定了ZnL的单晶结构(单斜晶系,CCDC No.747994),结合波谱表征手段推测了其他同系列金属配合物的分子结构。依据ZnL良好的荧光特性及与邻近金属元素离子的可逆交换作用,设计了Zn2+/ZnL/Co2+,Zn2+/ZnL/Ni2+双控荧光分子开关。作者希望该工作能对促进分子计算机和生物智能化医疗检测理论与配套设备研制的发展起到积极作用。