文档名：基于量子元胞自动机的n位全加器设计
摘要：量子元胞自动机(Quantum-dotCellularAutomata,QCA)以其功耗低、纳米级设计、运算速度高等特点被认为是一门新兴技术,在不久的将来有望取代CMOS工艺,用于量子计算机的电路设计.近年来,在QCA电路中有很多使用三输入择多门(M3)和三输入异或门(XOR3)设计的全加器(FullAdder,FA).本文以这两种逻辑门为基础,结合QCA电路特有的时钟特点,设计了三种新型的n位全加器(FA1,FA2,FA3).FA1只使用了一个1位全加器,它的元胞的数量和电路面积比已发表的8位全加器至少减少了78%和90%,但一个时钟周期只能完成1位计算,延迟较大;FA2的元胞的数量和电路面积比已发表的8位全加器至少减少了47%和63%,可以在一个时钟周期内完成2位计算;FA3在一个时钟周期内可以进行4位计算,延迟最小.FA1、FA2和FA3作为n位全加器,随着全加器位数的增加,它们的元胞的数量和电路面积是不会改变的,这是以往设计所不能实现的.
Abstract：Quantum-dotcellularautomata(QCA)isconsideredasanemergingtechnology,becauseofitsuniquecharacteristicssuchaslowpowerconsumption,nanoscaledesign,andhighcomputingspeed,whichcanbeusedasanalter-nativeforCMOStechnologyincircuitdesignforquantumcomputersinthenearfuture.Inrecentyears,manyFAs(FullAdder)aredesignedusingthree-inputmajoritygate(M3)andthree-inputXORgate(XOR3)inQCAcircuits.Threenewtypesofn-bitfulladders(FA1,FA2andFA3)aredesignedbasedonthesetwologicgatesandtheuniqueclockcharacteris-ticsofQCAcircuitsinthispaper.FA1isimplementedusingonlya1-bitFA,anditscellnumberandcircuitareaarere-ducedbyatleast78%and90%bycomparingwiththepublished8-bitFA.ButFA1canonlycalculateonebitinoneclockcycle,soithasalargedelay.ThenumberofcellsandcircuitareaofFA2arereducedbyatleast47%and63%bycompar-ingwiththepublished8-bitfulladder.AndFA2cancalculatetwobitsinoneclockcycle.FA3canperformfour-bitcalcu-lationsinoneclockcyclewithminimumdelay.Asn-bitfulladders,thenumberofcellsandcircuitareaofFA1,FA2andFA3willnotchangewiththeincreaseofthenumbern,whichcan'tberealizedbythepreviousdesign.
作者：张辉 解光军 张永强Author：ZHANGHui XIEGuang-jun ZHANGYong-qiang
作者单位：合肥工业大学微电子学院,安徽合肥230009
刊名：电子学报
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(2)
分类号：TN4
关键词：量子元胞自动机 全加器 三输入择多门 三输入异或门 时钟延迟
Keywords：quantum-dotcellularautomata fulladder threeinputmajoritygate threeinputXORgate clocklatency
机标分类号：TN402TN702TP311
在线出版日期：2024年4月19日
基金项目：基于量子元胞自动机的n位全加器设计[
期刊论文] 电子学报--2024, 52(2)张辉 解光军 张永强量子元胞自动机(Quantum-dotCellularAutomata,QCA)以其功耗低、纳米级设计、运算速度高等特点被认为是一门新兴技术,在不久的将来有望取代CMOS工艺,用于量子计算机的电路设计.近年来,在QCA电路中有很多使用三输入择多门...参考文献和引证文献
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