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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

量子元胞自动机干支型交叉线及应用

量子元胞自动机(QCA)耦合功能阵列是一种二维的纳米尺度计算范式,可靠性较低的共面交叉线结构是QCA电路交叉互连时的薄弱环节。信号分布网络是实现交叉线功能的一种新方法,但面临元胞随机翻转干扰问题。为解决该问题,首先分析了QCA基本器件逻辑功能实现机理,并提出了一种干支型交叉线。该器件可以在两路信号相遇时选通干路信号屏蔽支路信号,从而达到抑制干扰信号的目的。通过仿真实验得出了其鲁棒功能结构和时钟分配原则。然后利用干支型交叉线改进了异或门设计,仿真结果进一步验证了其逻辑功能。