23、纳米通信的高效量级比较器与误差检测电路

纳米通信的高效量级比较器与误差检测电路

1. 引言

量子点细胞自动机（QCA）是一种用于纳米通信的前沿计算范式。它因功耗低、速度快、尺寸小等优点，成为CMOS技术的有力替代方案。QCA基于库仑排斥原理，电路设计者正朝着依赖电子极化的先进应用科学发展。在纳米通信中，逻辑数据通过相邻QCA单元之间的库仑排斥进行传输，优化QCA单元可以减少数字逻辑电路的面积和量子成本。

在数字通信中，检测接收信息中的故障至关重要。奇偶校验位用于检测此类错误，在二进制数据通过网络传输时，会添加一个额外的位来识别消息中的错误。在纳米尺度上，故障定位和修复的复杂性在电路面积和能量耗散方面是一个巨大的挑战。因此，本文主要贡献如下：
- 设计了一个基于QCA的高效XOR门。
- 利用所提出的高效XOR门设计了一个高效的量级比较器。
- 利用所提出的高效XOR（N11）门设计了多个奇偶发生器和奇偶校验器。
- 将所提出的架构与现有设计在量子单元数量、面积、延迟和量子成本等方面进行了比较，证实所提出的设计具有更小的面积和更快的速度。

2. 量子点细胞自动机概述

• QCA单元 ：QCA结构由量子单元组成，每个单元与相邻单元进行静电通信。一个简单的QCA单元包含一个正方形空间，其中有四个能量位点，可容纳两个电子。电子之间的库仑相互作用会产生两种不同的单元状态，单元极化决定其表示二进制“1”或“0”。QCA单元分为90°和45°两种类型。
• QCA线 ：QCA单元连续排列组成QCA线，由于库仑力的吸引和排斥，单元极化会根据相邻单元排列，从而实现数据在