15、超越CMOS QCA技术中可实现的可逆逻辑门

超越CMOS QCA技术中可实现的可逆逻辑门

1. 主要贡献概述

主要贡献包括：
- 使用USE时钟方案设计Feynman门
- 使用USE时钟方案设计Toffoli门
- 使用USE时钟方案设计Peres门
- 使用USE时钟方案设计Fredkin门
- 在QCADesigner中验证所提出的设计

2. QCA中的时钟机制

2.1 QCA单元与多数逻辑

QCA的操作依赖于其单元和多数逻辑。单元包含量子点和电子，常见的组合是四个量子点和两个电子。根据量子点的位置，单元可分为正常单元和旋转单元。单元内部以及相邻单元之间的库仑排斥力决定了每个单元中电子的位置。由于每个单元中电子只有两种可能的取向，因此这些位置被编码为二进制值，用于通过电子进行计算和通信。每个单元中电子的位置取决于相邻单元的最大取向位置，多数逻辑与库仑排斥力共同决定了信息的计算和通信。

2.2 单元的操作阶段与时钟控制

单元有四个操作阶段。为了实现受控的信息传输和计算，单元连接到时钟，并且控制每个单元的阶段，以确保信息沿特定方向流动，并通过流水线方式避免竞争条件。时钟信号被分为四个时钟，分别命名为时钟0到时钟3，每个时钟与相邻区域的时钟有π/2的相位差。根据时钟的状态，单元将处于其操作状态之一。单元根据通信方向进行分组并连接到时钟，由于没有两个时钟处于相同状态，不同时钟区域的单元也将处于不同状态。相应地切换时钟信号，使信息沿特定方向流动。

以下是QCA时钟机制的mermaid流程图：

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