KR20220117990A - QCA multiplexer using majority function-based NAND for quantum computing - Google Patents

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전준철
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금오공과대학교 산학협력단
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    • Y02D10/00Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Abstract

The present invention relates to a QCA multiplexer using a NAND gate based on a majority voting function. The QCA multiplexer according to the present invention includes: a first combinational logic cell to which a signal obtained by a first input signal and a selection signal is input and performs an AND gate function; a second combinational logic cell receiving a second input signal and a selection signal and performing an AND gate function; a third combinational logic cell receiving a signal obtained by inverting the output signal of the first combinational logic cell and an inverted signal of the output signal of the second combinational logic cell, and performing an AND gate function; and a fourth combinational logic cell that performs an inverter function and outputs a signal obtained by inverting the output signal of the third combinational logic cell as a final output signal. According to the present invention, it is possible to provide a QCA multiplexer having a structure with reduced time and space complexity and high energy efficiency based on a NAND gate.

Description

양자컴퓨팅 환경에서 다수결 함수 기반의 낸드 게이트를 이용한 양자점 셀룰러 오토마타 멀티플렉서{QCA multiplexer using majority function-based NAND for quantum computing}QCA multiplexer using majority function-based NAND for quantum computing in a quantum computing environment

본 발명은 양자컴퓨팅 환경에서 다수결 함수 기반의 낸드 게이트를 이용하는 양자점 셀룰러 오토마타(QCA; Quantum-dot Cellular Automata) 멀티플렉서에 관한 것이다. The present invention relates to a quantum dot cellular automata (QCA) multiplexer using a NAND gate based on a majority vote function in a quantum computing environment.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 기술을 대체하는 양자점 셀룰러 오토마타(QCA; Quantum-dot Cellular Automata)는 고성능 집적회로의 미래 나노 기술로 간주되고 있다. QCA는 고속 작동으로 나노 규모의 회로를 구현할 수 있는 잠재적인 이점이 있으며, 저전력 소비 기능으로 인해 더욱 매력적이다. QCA 디바이스의 성능은 전류의 크기나 관련 전압 외에도 구성 셀의 배열에 따른 전하의 구성에 의해 결정된다. Quantum-dot Cellular Automata (QCA), replacing complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology, is being considered as the future nanotechnology for high-performance integrated circuits. QCA has the potential advantage of implementing nanoscale circuits with high-speed operation, making it more attractive due to its low-power consumption capabilities. The performance of a QCA device is determined not only by the magnitude of the current or the associated voltage, but also by the composition of the charge according to the arrangement of the constituent cells.

수년 동안 다양한 디지털 로직 장치가 QCA를 사용하여 설계되었으나, 이러한 로직 요소에 대한 입력은 장치의 에너지원으로 인하여 항상 제한되었다. 이러한 문제는 에너지 소비를 최소화하고, 파이프 라인 구조를 사용할 수 있는 클럭 제어 시스템을 사용하여 해결되었으며, 이후 클럭 제어 시스템에 기반한 다양한 조합 및 순차회로가 개발되었다.Various digital logic devices have been designed using QCA over the years, but the input to these logic elements has always been limited due to the device's energy source. This problem was solved by using a clock control system that minimizes energy consumption and can use a pipeline structure, and then various combinations and sequential circuits based on the clock control system have been developed.

한편, 멀티플렉서(multiplexer)는 디지털 논리 회로 설계에서 중요한 논리 장치 역할을 한다. 또한, NAND 게이트는 모든 회로 설계에서 가장 필수적인 구성요소인 범용 게이트이며, NAND 게이트만 사용하여 회로 설계가 가능하다. NAND 게이트만 사용하는 경우, 필요한 로직 수를 증가시킬 수 있으나, 회로 설계 및 제조를 단순화할 수 있다.On the other hand, a multiplexer (multiplexer) plays an important logic device in the design of a digital logic circuit. In addition, the NAND gate is a general-purpose gate that is the most essential component in any circuit design, and circuit design is possible using only NAND gates. If only NAND gates are used, the number of logic required can be increased, but circuit design and manufacturing can be simplified.

그러므로, NAND 게이트를 기반으로 시간과 공간의 복잡성을 줄이고 에너지 효율이 높은 구조를 갖는 QCA 멀티플렉서를 구현하는 방안을 고려해 볼 필요가 있다. 또한, 이러한 QCA 멀티플렉서를 활용하여 다양한 연산을 수행할 수 있는 QCA 산술 논리 장치를 설계하는 방안도 고려해 볼 필요가 있다.Therefore, it is necessary to consider a method of implementing a QCA multiplexer having a structure with high energy efficiency and reducing complexity in time and space based on a NAND gate. Also, it is necessary to consider a method of designing a QCA arithmetic logic device capable of performing various operations by utilizing such a QCA multiplexer.

따라서, 본 발명의 목적은, 낸드 게이트를 기반으로 시간과 공간의 복잡성을 줄이고 에너지 효율이 높은 구조를 갖는 QCA 멀티플렉서와, 이 QCA 멀티플렉서를 활용한 QCA 산술 논리 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a QCA multiplexer having a structure that reduces time and space complexity and has a high energy efficiency based on a NAND gate, and a QCA arithmetic logic device using the QCA multiplexer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서는, 제1 입력신호와 선택신호를 반전한 신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제1 조합논리 셀, 제2 입력신호와 상기 선택신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제2 조합논리 셀, 상기 제1 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호와, 상기 제2 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제3 조합논리 셀, 및 인버터 기능을 수행하여, 상기 제3 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호를 최종 출력신호로 출력하는 제4 조합논리 셀을 포함한다.In the QCA multiplexer according to the present invention for achieving the above object, a signal obtained by inverting a first input signal and a selection signal is input, a first combination logic cell performing an AND gate function, a second input signal and the selection signal is input, a second combinational logic cell performing a logical product gate function, a signal obtained by inverting the output signal of the first combinational logic cell, and a signal obtained by inverting the output signal of the second combinational logic cell are input; a third combinational logic cell performing a multiplication gate function, and a fourth combinational logic cell performing an inverter function to output a signal obtained by inverting the output signal of the third combinational logic cell as a final output signal.

상기 제1 내지 제3 조합논리 셀은, 3-입력 다수결 게이트의 입력 중 하나를 로직 비트 0에 해당하는 값으로 고정한 조합논리 셀이며, 상기 제4 조합논리 셀은, 상기 제3 조합논리 셀의 출력셀에 인접하게 대각 배치되는 두 개의 셀로 이루어질 수 있다.The first to third combinational logic cells are combinational logic cells in which one of the inputs of the 3-input majority vote gate is fixed to a value corresponding to logic bit 0, and the fourth combinational logic cell is the third combinational logic cell. It may consist of two cells which are diagonally arranged adjacent to the output cell.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서는, 제1 선택신호에 따라, 제1 및 제2 입력신호 중 어느 하나를 제1 출력신호로 출력하는 제1 QCA 2대1 멀티플렉서, 상기 제1 선택신호에 따라, 제3 및 제4 입력신호 중 어느 하나를 제2 출력신호롤 출력하는 제2 QCA 2대1 멀티플렉서, 및 제2 선택신호에 따라, 상기 제1 및 제2 출력신호 중 어느 하나를 출력하는 제3 QCA 2대1 멀티플렉서를 포함한다.A QCA multiplexer according to the present invention for achieving the above object, a first QCA two-to-one multiplexer for outputting any one of the first and second input signals as a first output signal according to a first selection signal, the first A second QCA 2-to-1 multiplexer that outputs any one of the third and fourth input signals as a second output signal according to a selection signal, and any one of the first and second output signals according to a second selection signal and a third QCA 2 to 1 multiplexer that outputs

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상기 QCA 멀티플렉서를 이용하여 수행할 산술연산을 선택하는 QCA 산술 논리 장치를 제공할 수 있다. In order to achieve the above object, the present invention may provide a QCA arithmetic logic device for selecting an arithmetic operation to be performed using the QCA multiplexer.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상기 QCA 멀티플렉서를 포함하는 양자점 셀룰러 오토마타 디바이스를 제공할 수 있다.And, in order to achieve the above object, in the present invention, it is possible to provide a quantum dot cellular automata device including the QCA multiplexer.

본 발명에 따르면, 낸드 게이트를 기반으로 시간과 공간의 복잡성을 줄이고 에너지 효율이 높은 구조를 갖는 QCA 멀티플렉서를 제공할 수 있다. 또한 이 QCA 멀티플렉서를 활용하여 다양한 연산을 수행할 수 있는 QCA 산술 논리 장치를 제공할 수 있다. 이외에도 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서는 양자점 셀룰러 오토마타를 이용한 각종 디바이스에 효율적으로 활용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a QCA multiplexer having a structure with high energy efficiency and reducing complexity in time and space based on a NAND gate. In addition, it is possible to provide a QCA arithmetic logic device capable of performing various operations by utilizing this QCA multiplexer. In addition, the QCA multiplexer according to the present invention can be efficiently used in various devices using quantum dot cellular automata.

도 1은 양자점 셀룰러 오토마타를 설명하기 위해 참조되는 도면,
도 2는 여러가지 조합논리 셀에 대한 설명에 참조되는 도면,
도 3은 4개의 클럭 단계를 갖는 QCA 클럭을 나타낸 도면,
도 4는 일반적인 2대1 멀티플렉서의 블록선도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서의 블록선도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서의 구조를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 4대1 멀티플렉서의 구조를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 산술 논리 장치의 블록선도,
도 9는 본 발명에서 사용하는 QCA 전가산기의 일 예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 산술 논리 장치의 구조를 나타낸 도면,
도 11은 도 6에 도시한 QCA 2대1 멀티플렉서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서와 다른 QCA 2대1 멀티플렉서를 비교한 결과를 나타낸 표,
도 13은 본 발명에 따른 QCA 4대1 멀티플렉서와 다른 QCA 4대1 멀티플렉서를 비교한 결과를 나타낸 표,
도 14는 도 7에 도시한 QCA 4대1 멀티플렉서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면,
도 15는 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서와 다른 QCA 멀티플렉서의 전력 소실 맵을 나타낸 도면, 그리고
도 16은 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서와 다른 QCA 멀티플렉서의 전력 손실 분석을 나타낸 표이다.
1 is a diagram referenced to describe a quantum dot cellular automata;
2 is a diagram referenced in the description of various combinational logic cells;
3 is a diagram illustrating a QCA clock having four clock steps;
4 is a block diagram of a typical 2-to-1 multiplexer;
5 is a block diagram of a QCA 2 to 1 multiplexer according to an embodiment of the present invention;
6 is a diagram showing the structure of a QCA 2 to 1 multiplexer according to an embodiment of the present invention;
7 is a diagram showing the structure of a QCA 4 to 1 multiplexer according to an embodiment of the present invention;
8 is a block diagram of a QCA arithmetic logic device according to an embodiment of the present invention;
9 is a diagram showing an example of a QCA full adder used in the present invention;
10 is a diagram showing the structure of a QCA arithmetic logic device according to an embodiment of the present invention;
11 is a view showing a simulation result of the QCA 2 to 1 multiplexer shown in FIG. 6;
12 is a table showing the results of comparing the QCA 2 to 1 multiplexer according to the present invention and another QCA 2 to 1 multiplexer;
13 is a table showing the results of comparing the QCA 4 to 1 multiplexer according to the present invention and another QCA 4 to 1 multiplexer;
14 is a view showing a simulation result of the QCA 4 to 1 multiplexer shown in FIG. 7;
15 is a diagram showing a power dissipation map of a QCA 2 to 1 multiplexer and another QCA multiplexer according to the present invention;
16 is a table showing power loss analysis of the QCA 2-to-1 multiplexer and another QCA multiplexer according to the present invention.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소에 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 등과, 어떤 구성요소가 다른 구성요소로 신호를 "전송한다" 와 같은 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.In this specification, when a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to another component, but another component in between. It should be understood that elements may exist. Also, other expressions describing the relationship between elements, such as "between" or "neighboring", etc., such as that one element "transmits" a signal to another element, should be interpreted similarly. do.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 양자점 셀룰러 오토마타를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.1 is a diagram referenced to describe a quantum dot cellular automata.

양자점 셀룰러 오토마타(QCA; Quantum-dot Cellular Automata)는 전압 상태가 아니라 셀에 있는 한 쌍의 전자 상태로 논리 상태를 나타내는 차세대 기술로서, ㎔ 범위의 높은 작동 속도, 100 W/㎠ 정도의 저전력 소비, 1012 devices/㎠ 정도의 높은 장치 밀도 등을 장점으로 한다.Quantum-dot Cellular Automata (QCA) is a next-generation technology that represents a logical state not as a voltage state but as a pair of electronic states in the cell. It has the advantage of high device density of about 1012 devices/cm2.

도 1을 참조하면, QCA 셀은 보통 네개의 양자점(quantum dot)으로 구성되며, 양자점들 간에 터널링(tunneling) 할 수 있는 두 개의 과도 전자(electron)를 가지고 있다. 쿨롱 반발력 때문에 이 전자들은 대각선 방향의 반대쪽 양자점 내에 위치하는 경향이 있으며, 각 쌍의 양자점 사이의 높은 전위 장벽으로 인해 전자는 개별 지점으로 분할된다.Referring to FIG. 1 , a QCA cell is usually composed of four quantum dots, and has two transient electrons capable of tunneling between the quantum dots. Because of the coulombic repulsion, these electrons tend to be located within the diagonally opposite quantum dots, and the high potential barrier between each pair of quantum dots causes the electrons to split into individual points.

추가 양자점은 셀의 중앙에 추가될 수 있지만, 일반적으로 구조를 단순화하기 위해 네개의 양자점이 있는 셀이 사용된다. 전자는 꼬임 에너지(kink energy)로 인해 추진력을 발휘하는 것으로 알려져 있으며, 다른 전자는 터널링 장벽을 통과하여 해당 대각선 양자점에 재배치된다.Additional quantum dots can be added to the center of the cell, but generally a cell with four quantum dots is used to simplify the structure. Electrons are known to exert a driving force due to their kink energy, while other electrons pass through the tunneling barrier and relocate to the corresponding diagonal quantum dots.

QCA 셀은 에너지가 등가인 두 가지의 편극(polarization) 형태가 존재하며, 이를 로직 비트의 0에 해당하는 P=-1 편광 또는 로직 비트 1에 해당하는 P=+1 편광으로 나타낼 수 있다. The QCA cell has two types of polarizations having energy equivalent, and this can be expressed as P=-1 polarization corresponding to 0 of the logic bit or P=+1 polarization corresponding to 1 of the logic bit.

도 2는 여러가지 QCA 조합논리 셀에 대한 설명에 참조되는 도면이다.2 is a diagram referenced in the description of various QCA combinational logic cells.

도 2의 (a)는 기본적인 QCA 배선(QCA wire)을 나타내며, 셀을 연속적으로 배열하여 설계할 수 있다. 이와 같은 QCA 배선에서 이진 정보는 입력에서 출력 방향으로 QCA 셀 라인을 따라 이웃하는 셀 상호 작용에 의해 전송될 수 있다. Figure 2 (a) shows a basic QCA wire (QCA wire), it can be designed by continuously arranging cells. In such QCA wiring, binary information can be transmitted by neighboring cell interactions along QCA cell lines in the input-to-output direction.

도 2의 (b)(c)는 인버터 기능을 수행하는 조합논리 셀의 구성을 나타낸 것이다. QCA 셀이 대각선으로 배열된 경우, 쿨롱 반발력에 의해, 과도 전자의 방향이 변경되어, 입력값에 반전된 값을 출력할 수 있다. 2(b)(c) shows the configuration of a combinational logic cell performing an inverter function. When the QCA cells are arranged diagonally, the direction of the excess electrons is changed by the Coulomb repulsion force, and an inverted value can be output to the input value.

도 2의 (b)는 도 2의 (c)에 나타낸 것보다 더 강력한 논리적인 구조를 가지고 안정적인 값을 출력하는 더 강력한 인버터를 나타낸다. 도 2의 (c)의 경우에는 도 2의 (b)에 나타낸 인버터에 비해 약하지만 간결하게 구성할 수 있는 인버터를 나타낸다.FIG. 2(b) shows a more powerful inverter that has a stronger logical structure and outputs a stable value than that shown in FIG. 2(c). In the case of (c) of FIG. 2 , an inverter that is weaker than the inverter shown in (b) of FIG. 2 but can be configured simply is shown.

도 2의 (d)(e)는 다수결 게이트(MG) 기능을 수행하는 조합논리 셀의 구성과 블록선도를 나타낸 것이다.2(d)(e) shows the configuration and block diagram of a combinational logic cell performing a majority vote gate (MG) function.

다수결 게이트는 입력된 신호들 중에서 1의 개수가 0보다 많으면 1을 출력하고, 입력된 신호들 중에서 0의 개수가 1보다 많으면 0을 출력하는 기능을 제공한다. 다음의 [수학식 1]은 다수결 게이트의 논리를 나타낸다.The majority vote gate provides a function of outputting 1 when the number of 1's is greater than 0 among input signals, and outputting 0 when the number of 0's is greater than 1 among input signals. The following [Equation 1] shows the logic of the majority gate.

Figure pat00001
Figure pat00001

기본 논리 게이트인 AND 게이트 및 OR 게이트는 3입력 다수결 게이트를 사용하여 구성할 수 있다. 즉, 다음의 식과 같이, AND 게이트는 세개의 입력 중 하나를 0으로 고정하여 만들 수 있으며, OR 게이트는 세개의 입력 중 하나를 1로 고정하여 만들 수 있다. The basic logic gates, AND gates and OR gates, can be constructed using three-input majority vote gates. That is, as shown in the following equation, an AND gate can be made by fixing one of three inputs to 0, and an OR gate can be made by fixing one of three inputs to 1.

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

도 3은 4개의 클럭 단계를 갖는 QCA 클럭을 나타낸 것이다.3 shows a QCA clock having four clock steps.

QCA 회로는 클럭 시스템을 사용하여 데이터 전송을 동기화하고 관리한다. 즉, 양자점의 전자는 정션을 통해 터널링하기 위해 높은 잠재적인 에너지가 필요하므로, 클럭킹은 특정 방향을 따라 정보의 동기화 및 흐름에 매우 중요한 역할을 한다. QCA 클럭 시스템의 주요 장점은 양자 셀이 외부 전원을 필요로 하지 않기 때문에 회로를 구동하는데 전력을 공급할 수 있다는 것이다.The QCA circuit uses a clock system to synchronize and manage data transfers. In other words, since the electrons in a quantum dot require high potential energy to tunnel through the junction, clocking plays a very important role in the synchronization and flow of information along a specific direction. The main advantage of the QCA clock system is that the quantum cell does not require an external power supply, so it can power the circuit.

도 3에 도시한 바와 같이, 클럭은 스위치(switch), 홀드(hold), 릴리즈(release) 및 릴랙스(relax)의 4단계로 구성되며, 전자의 활성화에 따라 조작할 수 있다. As shown in FIG. 3 , the clock is composed of four stages of a switch, a hold, a release, and a relax, and can be manipulated according to the activation of the former.

스위치 단계 동안, 비활성화 셀에서 도트(dot)에 해당하는 장벽이 점차 증가하고, 홀드 단계에서 도트에 해당하는 장벽이 증가된 상태에서 해당하는 값 0과 1을 인코딩하여 전자의 터널링을 방지한다. 릴리즈 단계는 장벽이 점차 낮아지는 상태를 의미하며, 릴랙스 단계는 장벽이 낮아지고 전자의 터널링이 촉진되는 상태를 의미한다. During the switch phase, the barrier corresponding to a dot in the inactive cell gradually increases, and in the hold phase, in a state where the barrier corresponding to the dot is increased, the corresponding values 0 and 1 are encoded to prevent tunneling of electrons. The release phase means a state in which the barrier is gradually lowered, and the relaxation phase means a state in which the barrier is lowered and electron tunneling is promoted.

도 4는 일반적인 2대1 멀티플렉서의 블록선도이다.4 is a block diagram of a typical 2-to-1 multiplexer.

멀티플렉서(multiplxer)는 일련의 입력 값들 중에서 하나의 값을 선택하여 출력하는 조합 회로로, 디지털 논리 회로에서 신호 제어 및 메모리 입출력 등과 같은 다양한 부분에서 중요한 구성요소이다. A multiplexer is a combination circuit that selects and outputs one value from a series of input values, and is an important component in various parts such as signal control and memory input/output in a digital logic circuit.

도 4에 도시한 바와 같이, 2대1 멀티플렉서는 2개의 AND 게이트와 하나의 OR 게이트로 구성할 수 있으며, 다음의 식과 같이 입력 A와 B, 그리고 선택값 S를 사용하여 멀티플렉서의 출력값을 결정한다. As shown in Fig. 4, the 2 to 1 multiplexer can be composed of two AND gates and one OR gate, and the output value of the multiplexer is determined using the inputs A and B and the selection value S as shown in the following equation. .

Figure pat00004
Figure pat00004

다음의 [표 1]은 2대1 멀티플렉서의 진리표를 나타낸다.The following [Table 1] shows the truth table of the 2-to-1 multiplexer.


S

S

A

A

B

B

F

F

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

One

0

0

0

0

1

One

0

0

1

One

0

0

1

One

1

One

1

One

1

One

0

0

0

0

0

0

1

One

0

0

1

One

1

One

1

One

1

One

0

0

0

0

1

One

1

One

1

One

1

One

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2대1 멀티플렉서의 블록선도이다.5 is a block diagram of a two-to-one multiplexer according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서는 QCA NAND 게이트를 기반으로 구성할 수 있다. NAND 게이트는 범용 게이트이며, NAND 게이트만 사용하여 모든 회로를 설계할 수 있다. NAND 게이트만 사용하는 경우, 필요한 로직 수를 증가시키지만, 회로의 설계 및 제조를 단순화할 수 있다.The QCA 2-to-1 multiplexer according to the present invention can be configured based on a QCA NAND gate. NAND gates are general-purpose gates, and any circuit can be designed using only NAND gates. Using only NAND gates increases the number of logic required, but can simplify the design and manufacture of the circuit.

드 모르간의 법칙(De Morgan's law)을 사용하여 [수학식 4]는 다음과 같이 나타낼 수 있다.Using De Morgan's law, [Equation 4] can be expressed as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

[수학식 5]를 적용하면, 도 5에 도시한 바와 같이, NAND 게이트만을 사용하여, 2대1 멀티플렉서를 구성할 수 있으며, 선택값 S가 0이면 A의 값이 출력되고, 선택값 S의 1이면 B의 값이 출력된다. When [Equation 5] is applied, as shown in FIG. 5, a 2-to-1 multiplexer can be configured using only NAND gates. If the selection value S is 0, the value of A is output, and the value of the selection value S is If it is 1, the value of B is output.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서의 구조를 나타낸 것이다.6 shows the structure of a QCA 2 to 1 multiplexer according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 QCA 2대1 멀티플렉서(100)는 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제1 내지 제3 조합논리 셀(110, 120, 130)을 포함한다. 그리고, 기능적으로 3개의 인버터가 사용된 구조로, 결과적으로 NAND 게이트만으로 구성된 것으로 볼 수 있다. Referring to FIG. 6 , the QCA 2-to-1 multiplexer 100 includes first to third combinational logic cells 110 , 120 , and 130 performing an AND gate function. And, functionally, it has a structure in which three inverters are used, and as a result, it can be seen that it is composed of only NAND gates.

선택신호 S가 입력되는 셀은 제1 조합논리 셀(110)의 입력셀에 대각선 방향에 인접하게 배치되고, 제2 조합논리 셀(120)의 입력셀에는 수직하게 인접 배치됨에 따라, 제1 조합논리 셀(110)에는 입력신호 A와 선택신호 S를 반전한 신호가 입력되며, 제2 조합논리 셀(120)에는 입력신호 B와 선택신호 S가 입력된다.The cell to which the selection signal S is input is disposed diagonally adjacent to the input cell of the first combinational logic cell 110 and vertically adjacent to the input cell of the second combinational logic cell 120, so that the first combination A signal obtained by inverting the input signal A and the selection signal S is input to the logic cell 110 , and the input signal B and the selection signal S are input to the second combination logic cell 120 .

또한, 제1 조합논리 셀(110)의 출력셀은 제3 조합논리 셀(130)의 입력셀에 수직하게 인접한 제1 셀(133)의 대각선 방향에 인접하게 배치되고, 제2 조합논리 셀(120)의 출력셀은 제3 조합논리셀(130)의 입력셀에 대각선 방향으로 인접하게 배치됨에 따라, 제3 조합논리셀(130)은 제1 셀(130)을 통해 제1 조합논리 셀(110)의 출력신호를 반전한 신호가 입력되며, 제2 조합논리 셀(120)의 출력 신호를 반전한 신호도 입력된다.In addition, the output cell of the first combinational logic cell 110 is disposed adjacent to the diagonal direction of the first cell 133 vertically adjacent to the input cell of the third combinational logic cell 130, the second combination logic cell ( As the output cell of 120 is disposed diagonally adjacent to the input cell of the third combinational logic cell 130 , the third combinational logic cell 130 passes through the first cell 130 to the first combinational logic cell ( An inverted signal of the output signal of 110) is input, and a signal obtained by inverting the output signal of the second combinational logic cell 120 is also input.

제2 및 제3 셀(135, 137)은 인버터 기능을 수행하며, 제3 조합논리 셀(130)의 출력신호는 제2 및 제3 셀(135, 137)에 의해 반전되어 최종 출력신호 F를 출력한다. The second and third cells 135 and 137 perform an inverter function, and the output signal of the third combinational logic cell 130 is inverted by the second and third cells 135 and 137 to obtain the final output signal F. print out

이와 같은 구성에 의해, 선택신호 S가 0이면 입력신호 A의 값이 최종 출력신호로 출력되고, 선택신호 S가 1이면 입력신호 B의 값이 최종 출력신호로 출력된다. With this configuration, when the selection signal S is 0, the value of the input signal A is output as the final output signal, and when the selection signal S is 1, the value of the input signal B is output as the final output signal.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 4대1 멀티플렉서의 구조를 나타낸 것이다.7 shows the structure of a QCA 4 to 1 multiplexer according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 QCA 4대1 멀티플렉서(200)는 3개의 QCA 2대1 멀티플렉서(100a, 100b, 100c)를 사용한다. Referring to FIG. 7 , the QCA 4-to-1 multiplexer 200 uses three QCA 2-to-1 multiplexers 100a, 100b, and 100c.

여기서, S1과 S0는 선택신호를 나타내고, A, B, C, D는 입력신호를 나타낸다, 따라서, S1과 S0의 조합이 00이면, 입력신호 A의 값이 출력되고, S1과 S0의 조합이 01 이면 입력신호 B의 값이 출력된다. 마찬가지로, S1과 S0의 조합이 10이면, 입력신호 C의 값이 출력되고, S1과 S0의 조합이 11 이면 입력신호 D의 값이 출력된다Here, S1 and S0 represent the selection signal, and A, B, C, and D represent the input signal. Therefore, if the combination of S1 and S0 is 00, the value of the input signal A is output, and the combination of S1 and S0 is If it is 01, the value of the input signal B is output. Similarly, when the combination of S1 and S0 is 10, the value of the input signal C is output, and when the combination of S1 and S0 is 11, the value of the input signal D is output

이와 동일한 방식을 사용하며, 임의의 자연수 n에 대한 QCA n대1 멀티플렉서를 설계할 수 있다.Using the same method as this, a QCA n-to-one multiplexer for an arbitrary natural number n can be designed.

본 QCA 4대1 멀티플렉서(200)는 79개의 QCA 셀을 사용하며, 공간 효율성 측면에서 기존 멀티플렉서 보다 우수한 구조를 갖는다.This QCA 4:1 multiplexer 200 uses 79 QCA cells and has a structure superior to the existing multiplexer in terms of space efficiency.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 산술 논리 장치의 블록선도이다.8 is a block diagram of a QCA arithmetic logic device according to an embodiment of the present invention.

도 8에 도시한 바와 같이, 산술 논리 장치(Arithmetic Logic Unit: ALU)는 멀티플렉서와 전가산기로 구성할 수 있다. As shown in FIG. 8 , an arithmetic logic unit (ALU) may include a multiplexer and a full adder.

산술 논리 장치는 기본 산술 및 논리 마이크로 연산을 수행할 수 있는 조합 논리 장치이다. 산술 논리 장치는 산술 논리 장치에서 디코딩되는 선택 라인을 사용하여 수행할 작업 유형을 결정할 수 있으며, k개의 선택 라인을 기반으로 최대 2k개의 서로 다른 작업을 지정할 수 있다. 각 단계에서 멀티플렉서에 대한 입력은 0, B, B ', 1로 표시되고 해당 선택 값은 S1 S0은, 00, 01, 10 및 11로 표시된다. Arithmetic logic devices are combinatorial logic devices capable of performing basic arithmetic and logical micro-operations. The arithmetic logic unit can use the selection lines decoded by the arithmetic logic unit to determine the type of operation to be performed, and can specify up to 2 k different operations based on the k selection lines. At each step the inputs to the multiplexer are denoted 0, B, B', 1 and the corresponding selection values S1 S0, 00, 01, 10 and 11.

병렬 가산기는 4개의 전가산기 회로로 구성되며, 첫 번째 단계로 들어가는 캐리는 캐리 입력 Cin 이다. 나머지 캐리는 연속 단계 사이에 내부적으로 연결된다. 선택 변수는 S1, S0 및 Cin 이며, S1 및 S0은 비 기능에 따라 가산기에 대한 모든 입력 Y를 제어한다. Cin이 1이면 A + Y는 항상 1씩 증가한다. The parallel adder consists of four full adder circuits, and the carry into the first stage is the carry input Cin. The remaining carry is connected internally between successive steps. The optional variables are S1, S0 and Cin, where S1 and S0 control all inputs Y to the adder according to their ratio. If Cin is 1, A + Y always increases by 1.

도 9는 본 발명에서 사용하는 QCA 전가산기의 일 예를 나타낸 것이다.9 shows an example of a QCA full adder used in the present invention.

전가산기(full adder)는 산술 회로 구성에 널리 사용되는데, 1비트 전가산기는 3개의 입력(A, B, Cin)과 2개의 출력(Sum, Cout)을 갖는다A full adder is widely used in the construction of arithmetic circuits. A 1-bit full adder has three inputs (A, B, C in ) and two outputs (Sum, C out ).

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 QCA 산술 논리 장치의 구조를 나타낸 것이다.10 shows the structure of a QCA arithmetic logic device according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 본 QCA 산술 논리 장치(300)는 도 6에 도시한 QCA 멀티플렉서(100)를 기반으로 구성할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the QCA arithmetic logic device 300 may be configured based on the QCA multiplexer 100 shown in FIG. 6 .

즉, QCA 산술 논리 장치(300)는 4개의 QCA 2대1 멀티플렉서(100a, 100b, 100c, 100d)와 4개의 QCA 전가산기(150a, 150b, 150c, 150d)를 이용하며 구성할 수 있다. That is, the QCA arithmetic logic device 300 may be configured using four QCA two-to-one multiplexers 100a, 100b, 100c, 100d and four QCA full adders 150a, 150b, 150c, 150d.

선택신호 S0, S1가 입력되는 셀을 회전된 셀로 구성함으로써, 4개의 QCA 2대1 멀티플렉서(100a, 100b, 100c, 100d)에 동일한 값을 전송할 수 있다.By configuring the cell to which the selection signals S0 and S1 are input as the rotated cell, the same value can be transmitted to the four QCA 2-to-1 multiplexers 100a, 100b, 100c, and 100d.

S1, S0, Cin에 의해 결정되는 8개의 산술 연산은 다음의 [표 2]에 나타낸 바와 같다.Eight arithmetic operations determined by S1, S0, and Cin are shown in Table 2 below.


S1

S1

S0

S0

Cin

Cin

Function

Function

Operation

Operation

0

0

0

0

0

0

G=A

G=A

Transfer A

Transfer A

0

0

0

0

1

One

G=A+1

G=A+1

Increment A

Increment A

0

0

1

One

0

0

G=A+B

G=A+B

Add

Add

0

0

1

One

1

One

G=A+B+1

G=A+B+1

Add with carry

Add with carry

1

One

0

0

0

0

G=A+B'

G=A+B'

Subtract with borrow

Subtract with borrow

1

One

0

0

1

One

G=A+B`+1

G=A+B`+1

Subtract

Subtract

1

One

1

One

0

0

G=A-1

G=A-1

Decremant A

Decrement A

1

One

1

One

1

One

G=A

G=A

Transfer A

Transfer A

여기에서 연산 G = A가 두 번 나타나는데, 이는 문제가 아니라 Cin을 제어 변수로 사용하여 1씩 증가 및 감소하는 명령을 구현한 결과에 따른 부산물이다. The operation G = A appears twice here, which is not a problem, but a by-product of implementing the instruction to increment and decrement by one using Cin as the control variable.

도 11은 도 6에 도시한 QCA 2대1 멀티플렉서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 11 is a diagram illustrating simulation results of the QCA 2-to-1 multiplexer shown in FIG. 6 .

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서(100) 및 이하 시뮬레이션은 QCADesigner 2.0.3 도구를 사용하여 수행할 수 있다.11, the QCA 2 to 1 multiplexer 100 and the following simulations according to the present invention can be performed using the QCADesigner 2.0.3 tool.

QCA 2대1 멀티플렉서(100)는 총 19개의 셀을 사용하며, 표면적은 15,786 n㎡로 구현할 수 있다.The QCA 2-to-1 multiplexer 100 uses a total of 19 cells, and the surface area can be implemented as 15,786 nm2.

도 12는 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서(100)와 이전 설계에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서를 비교 정리한 것이고, 도 13은 본 발명에 따른 QCA 4대1 멀티플렉서(200)와 이전 설계에 따른 QCA 4대1 멀티플렉서를 비교 정리한 것이다. 12 is a comparison of the QCA 2 to 1 multiplexer 100 according to the present invention and the QCA 2 to 1 multiplexer according to the previous design, and FIG. 13 is the QCA 4 to 1 multiplexer 200 according to the present invention and the previous design. This is a comparison and summary of QCA 4 to 1 multiplexers.

도 12 및 도 13에서, [19]는 Mardiris VA 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771-785), [20]은 Mukhopadhyay D 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25:21-24), [21]은 Hashemi S 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940), [22]는 Roohi A 등의 제안한 QCA 멀티플렉서(Roohi A, Khademolhosseini H, Sayedsalehi S, Navi K (2011) A novel architecture for quantumdot cellular automata multiplexer. Int J Comput Sci 8:55-60), [23]은 Sen B 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Sen B, Goswami M, Mazumdar S, Sikdar BK (2015) Towards modular design of reliable quantum-dot cellular automata logic circuit using multiplexers. Comput Electr Eng 45:42-54)를 나타낸다. 그리고, [본 발명]은 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서(100, 200)를 나타낸다.12 and 13, [19] is a QCA multiplexer proposed by Mardiris VA, et al. (Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771-785), [20] is a QCA multiplexer proposed by Mukhopadhyay D et al. (Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25: 21-24) and [21] are the QCA multiplexers proposed by Hashemi S et al. (Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940), and [22] are presented by Roohi A et al. (Roohi A, Khademolhosseini H, Sayedsalehi S, Navi K (2011) A novel architecture for quantumdot cellular automata multiplexer. Int J Comput Sci 8:55-60), [23] is a QCA multiplexer proposed by Sen B et al. (Sen B, Goswami M, Mazumdar S, Sikdar BK (2015) Towards modular design of reliable quantum-dot cellular automata logic circuit using multiplexers. Comput Electr Eng 45:42-54). And, [the present invention] shows the QCA multiplexers 100 and 200 according to the present invention.

도 12 및 도 13에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서(100, 200)는 시간 복잡성과 하드웨어 복잡성을 줄이는데 중점을 두고 있으며, 셀수, 총표면적, 및 클럭 위상 측면에서 이전 설계보다 개선된 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서(100, 200)는 적절한 클럭 위상을 사용하여 컴팩트한 구조를 기반으로 강력한 신호를 전송할 수 있으며, 멀티플렉서를 구현하는데 NAND 게이트만을 사용하였기 때문에 설계 및 제조 측면에서 유리하다.12 and 13, the QCA multiplexers 100 and 200 according to the present invention are focused on reducing time complexity and hardware complexity, and are improved over previous designs in terms of the number of cells, total surface area, and clock phase. it can be seen that In addition, the QCA multiplexers 100 and 200 according to the present invention can transmit a strong signal based on a compact structure using an appropriate clock phase, and since only NAND gates are used to implement the multiplexer, it is advantageous in terms of design and manufacturing. .

도 14는 도 7에 도시한 QCA 4대1 멀티플렉서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 14 is a diagram illustrating simulation results of the QCA 4 to 1 multiplexer shown in FIG. 7 .

도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 본 QCA 4대1 멀티플렉서(200)는 79개의 QCA 셀을 사용하며, 더 적은 클럭 사이클을 사용하고, 계산 속도 측면 등에서 우수한 성능을 나타낸다. As can be seen from FIG. 14 , the QCA 4:1 multiplexer 200 uses 79 QCA cells, uses fewer clock cycles, and exhibits excellent performance in terms of calculation speed and the like.

도 15는 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서와 이전 설계에 따른 QCA 멀티플렉서의 전력 소실 맵(power dissipation map)을 나타낸 것이다.15 shows a power dissipation map of a QCA 2-to-1 multiplexer according to the present invention and a QCA multiplexer according to a previous design.

도 15에서 (a)는 Mardiris VA 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771-785), (b)는 Mukhopadhyay D 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25:21-24), (c)는 Hashemi S 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940)를 나타내며, (d)는 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서(100)를 나타낸다.In FIG. 15 (a) is a QCA multiplexer proposed by Mardiris VA, et al. (Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771- 785), (b) is a QCA multiplexer proposed by Mukhopadhyay D et al. (Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25:21-24) , (c) shows a QCA multiplexer (Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940) proposed by Hashemi S et al., (d) is a QCA according to the present invention A two-to-one multiplexer 100 is shown.

도 15에서는 0.5 Ek에서 에너지 소실을 나타내며, 어두운 셀이 다른 셀보다 더 많은 에너지를 소비함을 나타낸다. 15 shows energy dissipation at 0.5 E k , indicating that dark cells consume more energy than other cells.

도 16은 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서와 이전 설계에 따른 QCA 멀티플렉서의 전력 손실 분석을 나타낸 것으로, 누설 및 스위칭 에너지에 의해 소비되는 총 에너지를 나타낸다.Figure 16 shows the power loss analysis of the QCA 2 to 1 multiplexer according to the present invention and the QCA multiplexer according to the previous design, showing the total energy consumed by leakage and switching energy.

도 16에서, [17]은 Lee JS 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Lee JS, Jeon JC (2016) NAND gate based QCA 2-to-1 line multiplexer. Asia Pac Proc Appl SciEng Better Hum Life 6:45-48), [18]은 Safoev N 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Safoev N, Jeon JC (2016) Low area complexity demultiplexer based on multilayer quantum-dot cellular automata. Int J Control Autom 9:165-178), [19]는 Mardiris VA 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771-785), [20]은 Mukhopadhyay D 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25:21-24), [21]은 Hashemi S 등이 제안한 QCA 멀티플렉서(Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940)를 나타낸다. 그리고, [본 발명]은 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서(100)를 나타낸다.In FIG. 16, [17] is a QCA multiplexer proposed by Lee JS et al. (Lee JS, Jeon JC (2016) NAND gate based QCA 2-to-1 line multiplexer. Asia Pac Proc Appl SciEng Better Hum Life 6:45-48) , [18] is a QCA multiplexer proposed by Safoev N et al. (Safoev N, Jeon JC (2016) Low area complexity demultiplexer based on multilayer quantum-dot cellular automata. Int J Control Autom 9:165-178), [19] is Mardiris The QCA multiplexer proposed by VA et al. (Mardiris VA, Karafyllidis IG (2010) Design and simulation of modular 2 to 1 quantum-dot cellular automata (QCA) multiplexers. Int J Circuit Theory Appl 38:771-785), [20] is Mukhopadhyay The QCA multiplexer proposed by D et al. (Mukhopadhyay D, Dinda S, Dutta P (2011) Designing and implementation of quantum cellular automata 2:1 multiplexer circuit. Int J Comput Appl Technol 25:21-24), [21] is Hashemi S et al. This proposed QCA multiplexer (Hashemi S, Navi K (2012) New robust QCA D flip flop and memory structures. Microelectron J43:929-940) is presented. And, [the present invention] shows the QCA 2 to 1 multiplexer 100 according to the present invention.

도 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 QCA 2대1 멀티플렉서(100)는 에너지 손실도 감소된 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 16 , it can be seen that the QCA 2 to 1 multiplexer 100 according to the present invention also reduces energy loss.

그리고, 손실된 에너지는 다음과 같이 정의된 셀간의 쿨롬 상호 작용에 관한 Hartree-Fock 근사법을 사용하는 해밀턴(Hamiltonian) 행렬을 기반으로 측정할 수 있다.And, the energy lost can be measured based on the Hamiltonian matrix using the Hartree-Fock approximation for the Coulomb interaction between cells defined as follows.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

상기 식에서, i번째 병렬 셀의 편광은 Ci로 표현되고, 셀들(i 및 j) 사이의 정전기적 상호 작용을 식별하는 기하학적 인자는 기하학적 거리로 인해

Figure pat00008
로 표현된다. Ek는 두 셀(i 및 j)의 에너지 비용과 관련된 꼬임 에너지이며, 이 꼬임 에너지는 극성이 반대되는 두 셀의 에너지 비용과 관련이 있다. 그리고,
Figure pat00009
은 클럭에 의해 제어되는 셀 내부의 전자 터널링 에너지를 나타낸다.In the above equation, the polarization of the i-th parallel cell is expressed as Ci, and the geometric factor identifying the electrostatic interaction between cells i and j is due to the geometric distance
Figure pat00008
is expressed as Ek is the twist energy related to the energy cost of the two cells (i and j), and this twist energy is related to the energy cost of the two cells with opposite polarities. and,
Figure pat00009
represents the electron tunneling energy inside the cell controlled by the clock.

한편, 본 발명에 따른 QCA 멀티플렉서 및 이를 활용한 QCA 산술 논리 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.Meanwhile, in the QCA multiplexer and the QCA arithmetic logic device using the same according to the present invention, the configuration and method of the embodiments described above are not limitedly applicable, but the embodiments are each embodiment so that various modifications can be made. All or part of the examples may be selectively combined and configured.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

Claims (6)

제1 입력신호와 선택신호를 반전한 신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제1 조합논리 셀;
제2 입력신호와 상기 선택신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제2 조합논리 셀;
상기 제1 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호와, 상기 제2 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호가 입력되며, 논리곱 게이트 기능을 수행하는 제3 조합논리 셀; 및
인버터 기능을 수행하여, 상기 제3 조합논리 셀의 출력신호를 반전한 신호를 최종 출력신호로 출력하는 제4 조합논리 셀을 포함하는 QCA 멀티플렉서.
a first combinational logic cell to which a signal obtained by inverting the first input signal and the selection signal is input, and performing an AND gate function;
a second combinational logic cell to which a second input signal and the selection signal are input, and performing an AND gate function;
a third combinational logic cell to which a signal obtained by inverting the output signal of the first combinational logic cell and a signal obtained by inverting the output signal of the second combinational logic cell are input, and performing an AND gate function; and
A QCA multiplexer comprising a fourth combinational logic cell that performs an inverter function and outputs a signal obtained by inverting the output signal of the third combinational logic cell as a final output signal.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 조합논리 셀은, 3-입력 다수결 게이트의 입력 중 하나를 로직 비트 0에 해당하는 값으로 고정한 조합논리 셀인 것을 특징으로 하는 QCA 멀티플렉서.
According to claim 1,
The first to third combinational logic cells are QCA multiplexer, characterized in that one of the inputs of the 3-input majority vote gate is a combinational logic cell in which a value corresponding to logic bit 0 is fixed.
제1항에 있어서,
상기 제4 조합논리 셀은, 상기 제3 조합논리 셀의 출력셀에 인접하게 대각 배치되는 두 개의 셀로 이루어진 것을 특징으로 하는 QCA 멀티플렉서.
According to claim 1,
The fourth combinational logic cell, QCA multiplexer, characterized in that consisting of two cells arranged diagonally adjacent to the output cell of the third combinational logic cell.
제1 선택신호에 따라, 제1 및 제2 입력신호 중 어느 하나를 제1 출력신호로 출력하는 제1 QCA 2대1 멀티플렉서;
상기 제1 선택신호에 따라, 제3 및 제4 입력신호 중 어느 하나를 제2 출력신호롤 출력하는 제2 QCA 2대1 멀티플렉서; 및
제2 선택신호에 따라, 상기 제1 및 제2 출력신호 중 어느 하나를 출력하는 제3 QCA 2대1 멀티플렉서를 포함하는 QCA 멀티플렉서.
a first QCA 2-to-1 multiplexer for outputting any one of the first and second input signals as a first output signal according to the first selection signal;
a second QCA 2-to-1 multiplexer for outputting any one of the third and fourth input signals as a second output signal according to the first selection signal; and
A QCA multiplexer comprising a third QCA 2-to-1 multiplexer for outputting any one of the first and second output signals according to a second selection signal.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 QCA 멀티플렉서를 이용하여 수행할 산술연산을 선택하는 QCA 산술 논리 장치. A QCA arithmetic logic device for selecting an arithmetic operation to be performed using the QCA multiplexer of any one of claims 1 to 3. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 멀티플렉서를 포함하는 양자점 셀룰러 오토마타 디바이스. A quantum dot cellular automata device comprising the multiplexer of any one of claims 1 to 3.
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