量子细胞自动机及其仿真方法实现

基于量子力学理论，阐述了量子细胞自动机的结构、原理、特性及应用。给出了两种仿真方法的具体实现过程：细胞间哈特里逼近方法和半经典仿真方法，并分析了各自的优缺点。     

基于量子元胞自动机容错全加器的设计

为提高新一代纳米器件量子元胞自动机(QCA)电路的稳定性及可靠性,提出了一种容错1位全加器,然后通过QCADesigner软件来仿真分析1位容错全加器,验证了该设计的可行性及它具有较好的容错性,该设计对复杂QCA电路的容错性的研究起到借鉴作用.     

量子元胞自动机全加器的性能分析与设计

作为一种新型的纳米器件,量子元胞自动机（Quantum-dot cellular automata,QCA）有望取代传统CMOS器件.本文总结了目前已提出的三种全加器（Full Adder,FA）架构,通过概率转移矩阵（Probabilistic Transfer Matrix,PTM）分析找出其中最稳定的架构,进一步地,利用这三种全加器分别构建串行加法器,并从复杂度、不可逆功耗、成本等方面进行比较,结果发现性能最优的全加器架构为MR Azghadi FA.随后,选择该架构提出了一种针对全加器的新型逻辑门和共面QCA全加器电路,并应用此全加器设计了多位串行加法器,经对比分析表明,本文所提出的全加器电路在面积、元胞数和功耗等方面均有较大改进,且具有很好的扩展性.     

基于量子细胞自动机的设计方法

简要介绍了量子细胞自动机这一新型纳电子器件,重点综述了量子细胞自动机系统的自顶向下和自底向上的两种设计方法,并比较了各自的优缺点,提出一种综合两种设计方法的设计思想。     

一种基于量子细胞自动机的三维量子细胞神经网络

以量子细胞自动机为神经元,提出了一种三维的量子细胞神经网络结构;该量子细胞网络包含上下两层的量子细胞自动机阵列,并引入了A模板、B模板以及阈值的概念.以量子细胞自动机的极化率为像素值,通过选择不同的模板、阈值等参数.使得量子细胞神经网络实现了"与"、"或"、"非"操作以及边缘提取等图像处理功能,并利用MATLAB进行了仿真验证,数值仿真结果验证了其在图像处理上的有效性.与传统的细胞神经网络相比,量子细胞神经网络易于实现超大规模且具有超低功耗、超高集成度等优点.     

量子全加器构造的探讨

本文探讨了由Toffoli门和受控非门等量子逻辑门构成低位输入、低位输出的量子全加器的电路，并分析了该种量子全加器的变换操作。通过比较推导出有多位输入、多位输出量子全加器的电路组合规律．     

基于量子遗传算法的量子细胞自动机仿真方法

利用遗传算法对基于半经典模型的量子细胞自动机进行仿真时,通常会遇到多个极值,容易陷入局部最优。为将量子遗传算法用于量子细胞自动机仿真,对量子遗传算法进行改进,将二进制量子位改为多进制量子位,重新设计了量子旋转门的调整策略,并给出了具体实现步骤。通过对测试函数寻优和量子细胞自动机电路的仿真,结果表明,改进后的量子遗传算法平均误差低,不易陷入局部极值,收敛速度较快,适用于量子细胞自动机仿真。     

基于量子细胞自动机的只读存储器设计

结合量子细胞自动机的双稳态特性和传统的CMOS工艺设计存储器的思想,设计了4×5bit的只读存储器,并利用基于量子细胞自动机的遗传模拟退火法进行了仿真验证,结果显示该电路的正确性。由于采用了量子细胞自动机这一新型纳电子器件,存储器具有高集成度、低功耗等优点。     

基于量子元胞自动机的奇偶校验系统分块设计

量子元胞自动机(QCA)是一种纳米范围内不含晶体管的计算范例。基于QCA提出了QCA奇偶校验系统电路的分块设计方法。首先设计了异或门、奇偶判断单元,再运用分块设计思想构建了奇数产生电路和奇偶校验电路的结构,所设计的电路拥有尺寸极小和功耗极低等优点,QCADesigner软件仿真结果验证了设计的有效性。     

基于量子细胞自动机的数值比较器设计

量子细胞自动机(QCA)可以构建逻辑门和QCA线。该文基于QCA设计了1位,4位和8位数值比较器,并用QCADesigner软件进行模拟。结果表明,所设计的电路具有正确的逻辑功能。通过对电路所需细胞数、面积和时延三方面性能分析,表明所设计的电路时延并不随输入位数呈线性增加,因而所设计的电路具有良好的时延性。     

基于改进五输入择多门的QCA全加器设计及应用

量子元胞自动机(Quantum-dot cellular automata,QCA)是一种新兴的纳米技术.本文基于改进的五输入择多门,设计出一个全加器,在保持正确逻辑功能的基础上较以往的全加器有一定优势.应用该全加器设计加法器和乘法器,结果表明在某些性能上有显著提高.     

量子三值全加器设计

量子多值加法器是构建量子多值计算机的基本模块.通过认真分析三元域上加法的运算规则及带进位加法的真值表,通过设置扩展三值Toffoli门的控制条件有效实现一位加法在各种情况下的进位,利用三值Feynman门实现一位加法的求和运算,由此设计出一位量子三值全加器,再利用进位线将各位量子全加器连接起来构造出n位量子三值全加器.与同类电路相比,此量子全加器所使用的辅助线及量子代价都有所减少.     

量子全加器设计

量子全加器是量子计算机的基本单元,为了减少能耗,降低构造成本及物理实现难度,本文提出一种新型n位量子全加器,使用3n个CNOT（Controlled NOT）门和2n-1个Toffoli门实现n位量子加减法,采用超前进位方式,不含进位输入,通过最高溢出标志位判断加法的进位和减法的正负号,标志位不参与高低位计算,不增加电路延时,适合n位量子并行计算.随机生成4、8、16和32位数分别进行加减仿真操作,验证了全加器的正确性.该全加器量子代价较低,结构简单,有利于提高集成电路规模和集成度.     

基于QCA的五输入Majority门设计及应用

Majority门作为多数逻辑电路的基本逻辑单元,其性能直接影响整体电路的质量.使用量子元胞自动机（QCA）设计Majority门具有结构简单的优点.本文提出了一种三层电路实现五输入Majority门的设计,并以此设计了全加器,进一步应用于多位加法器和乘法器中,与已发表的电路设计比较表明,其版图使用面积和元胞数有明显的减少,加法器元胞数和面积改进最高可达43%和87.2%,乘法器元胞数和面积改进最高可达48.2%和100%.     

量子元胞自动机共面五输入择多门结构的分析与设计

量子元胞自动机（Quantum-dot Cellular Automata,QCA）是一种具有新型计算范式的纳米器件,它是未来有望替代传统CMOS器件的有力竞争者之一.本文首先从QCA器件的功耗角度出发,对影响半径为41nm的QCA共面系统中元胞的耦合度进行建模,根据元胞之间的位置关系构造QCA门结构模型,据此对现有的共面五输入择多门进行分类,通过性能分析总结其结构特点,以此设计出一个新的低功耗五输入择多门,测试结果表明该结构功耗最低且其他性能也相对较优.另外,为验证所提出五输入择多门在电路中的性能,本文选择MR Azghadi全加器设计了一款共面QCA全加器,与同类加法器相比性能也最优.     

基于量子元胞自动机的逻辑电路

简述了量子元胞自动机 (QCA)的理论及其逻辑电路的实现方式。每个量子元胞包含两个电子 ,它们通过库仑相互作用与邻近元胞耦合。每个量子元胞上的电荷分布趋于沿两垂直轴的某一轴向分布 ,可以以此来表达二进制信息。用这些量子元胞的阵列来实现各种逻辑门