9、量子点细胞自动机（QCA）中加法器、多路复用器、高速比较器及奇偶发生器的设计优化

量子点细胞自动机（QCA）中加法器、多路复用器、高速比较器及奇偶发生器的设计优化

1. 引言

在基于CMOS的技术中，组件尺寸减小的设备会出现更高的泄漏电流，并且更容易受到噪声影响。因此，需要探索可能的替代方案来克服当前VLSI技术的限制。量子点细胞自动机（QCA）作为一种纳米计算设备，具有低功耗、高器件密度以及THz范围的工作频率等重要优势，近年来受到了一定关注。本文将介绍QCA中加法器、多路复用器、高速比较器及奇偶发生器的设计优化。

2. 基本概念与原理

2.1 QCA基础

QCA中每个细胞由四个量子点和两个自由电子组成。由于电子间的排斥作用，两个自由电子会处于量子细胞的对角位置，形成两种稳定的极化状态。逻辑值通过细胞间的相互作用和相邻细胞的极化来传递。

QCA的基本元素包括多数表决器（MV）门、非门、QCA线、不同形式的反相器和多数门。所有QCA电路都需要适当的时钟驱动，大多数研究者使用四个时钟区，每个时钟区相互独立，时钟信号与相邻区相移90°，以实现逻辑值的排序和计算。

2.2 XOR结构

XOR门在数字系统设计中起着重要作用，QCA中基于XOR的设计主要分为以下几类：
1. 使用3输入多数门（MV3） ：其布尔表达式为：
plaintext MAJ MAJ MAJ MAJ 3 3 0 3 1 1 3 1 A B A B AB AB , , , , , , ( , , ) ( ) ( ) ( ) ( ) = = + AB AB
2. 使用3输入和5输入多数门