量子原胞自動(dòng)機(jī)仿真理論研究與程序設(shè)計(jì).pdf

1、微電子工業(yè)集成電路技術(shù)在近幾十年進(jìn)展顯著，但器件特征尺寸遵循Moore定律不斷縮減的同時(shí)一些難題也隨之出現(xiàn)。當(dāng)器件尺寸縮減至納米級(jí)，量子效應(yīng)的產(chǎn)生將影響器件并可能使其失效。面對(duì)此難題，C.Lent等人提出量子原胞自動(dòng)機(jī)技術(shù)（Quantum CellularAutomata,QCA），與經(jīng)典電路不同的是，量子原胞自動(dòng)機(jī)以一種全新的計(jì)算模式來(lái)完成信息的傳遞，而且它比經(jīng)典電路功耗更低，運(yùn)算速度更快、集成度更高，而這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其成為極可能取

2、代CMOS技術(shù)的候選納米技術(shù)。在QCA信息存儲(chǔ)和信息計(jì)算研究領(lǐng)域，人們提出各種不同的仿真方法，主要有：數(shù)字仿真、非線性逼近仿真、雙態(tài)仿真、模擬退火仿真、遺傳模擬退火仿真等，然而這些仿真方法對(duì)大規(guī)模QCA電路進(jìn)行仿真都表現(xiàn)出仿真計(jì)算結(jié)果精確度不高的缺點(diǎn)，此外，除數(shù)字仿真速度較快之外，其余的都使系統(tǒng)收斂較慢。
　　本文致力于量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)原理和仿真方法的研究，主要完成工作和創(chuàng)新如下：
　?。?）半經(jīng)典仿真量子態(tài)研究
　　借

3、助于半經(jīng)典模型，并合理假設(shè)量子細(xì)胞參數(shù)和有效半徑的大小，利用QCA系統(tǒng)總靜電能量計(jì)算公式證明了量子細(xì)胞的六種配置在實(shí)際的量子電路設(shè)計(jì)中，只有具有最低能值的兩種配置有效。并通過(guò)計(jì)算QCA線系統(tǒng)能量驗(yàn)證了證明的正確性。
　?。?）基于可定態(tài)仿真規(guī)則遺傳模擬退火仿真方法
　　鑒于數(shù)字仿真速度快、雙態(tài)仿真可體現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真細(xì)節(jié)的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)33 QCA模塊數(shù)字邏輯規(guī)律的研究，定義了定態(tài)仿真規(guī)則和可定態(tài)細(xì)胞，并提出基于可定態(tài)仿真規(guī)則遺傳模

4、擬退火的QCA仿真方法，與原來(lái)的算法相比，此方法仿真速度快且正確率高。此外，方法中時(shí)鐘域分割，按時(shí)鐘順序依次仿真也表現(xiàn)了QCA動(dòng)態(tài)行為過(guò)程。
　　（3）QCADesigner的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　利用軟件工程方法學(xué)相關(guān)知識(shí)完成量子原胞自動(dòng)機(jī)仿真平臺(tái)（QCADesginer）的開(kāi)發(fā)，在需求分析與設(shè)計(jì)這一部分，借助UML建模工具完成了需求模型、靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型建立，并基于VC6.0中的MFC框架技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟件系統(tǒng)，最后通過(guò)QCA電