9、量子加法器电路详解

量子加法器电路详解

1. 量子加法器概述

在计算系统中，存在多种类型的加法器，如量子进位跳跃加法器（QCSA）、量子二进制编码十进制（BCD）加法器等。其中，量子行波进位加法器最为常见，它将量子全加器串联起来，进位需在所有阶段传播，因此产生进位输出所需的进位传播时间较长。进位前瞻量子加法器是所有量子加法器中速度最快的，因为它通过并行计算生成进位输出，但这需要大量的门。而QCSA是最有前途的量子加法器，与上述两种量子加法器相比，它在硬件和性能之间取得了平衡。

在量子全加器操作中，如果任何一个输入为逻辑1，则该单元会将进位输入传播到进位输出。因此，当 (P_i = X_i \oplus Y_i) 时，第 (i) 个量子全加器的进位输入 (C_i) 将传播到其进位输出 (C_{i+1})。

在计算机中，数字以直接二进制格式存储。由于浮点数的固有特性和存储格式的限制，并非所有浮点数都能以所需的精度表示。因此，十进制格式的计算越来越受欢迎，因为这种格式可以避免精度损失。然而，硬件对二进制算术的支持使其执行速度比十进制算术更快。随着十进制浮点算术在金融和基于互联网的应用中变得越来越重要，更快的硬件也即将出现。因此，用于BCD数字的更快电路将产生重大影响，因为它们可能会被集成到更复杂的电路中，如未来的数学处理器。

2. 量子进位跳跃加法器（QCSA）

2.1 QCSA的优势

量子加法器在通用计算机中广泛使用，因为它们对于处理器中的数据加法非常重要。最简单的量子加法器是量子行波进位加法器，易于理解和实现。而QCSA则更为复杂，但由于其性能优于量子行波进位加法器，因此被广泛使用。这里介绍的n - 量子比特QCSA具有更少的量子门，