基于可重用共面可逆多路选择器的量子点元胞自动机紧凑编码器设计

《Scientific Reports》：Coplanar QCA reversible 4 to 2 encoder architectures for ultra-dense nanoscale systems

　　

摘要

量子点元胞自动机通过电子极化而非电荷传输来编码二进制信息，为 CMOS 提供了一种超高密度和低功耗的替代方案。然而，现有的可逆编码器架构往往存在单元数量过多、布局面积过大、时钟延迟较长以及在制造缺陷下鲁棒性有限的问题。本研究提出了一种可重用的共面可逆多路选择器，能够系统性地构建紧凑且容错的 QCA 编码器。利用该框架，开发了两种 4 到 2 架构：一种可逆优先编码器和一种混合多路选择器 - 多数门编码器。这两种设计都采用了优化的基于多数门的基本元件，以最小化空间复杂度和垃圾输出。在 QCADesigner 2.0.3 中进行的模拟表明，所提出的优先编码器仅需 28 个单元和 0.06 μm2，而混合编码器实现了 19 个单元和 0.03 μm2，两者均在两个时钟区内完成计算。沉积故障分析证实了在所有输入组合下的功能正确性。与最近的可逆 4 到 2 编码器相比，所提出的设计将单元数量减少了高达 73%，面积减少了 62%，为纳米级 QCA 系统建立了一种高效且容错的方法论。