QCA-Implementierung von Arithmetischen Einheiten unter Verwendung reversibler Logikgatter

In der dynamischen Landschaft der VLSI-Technologie hat sich Quantum-dot Cellular Automata (QCA) als ein vielversprechender Wettbewerber zur traditionellen CMOS-Technologie hervorgetan, bedingt durch sein Potenzial für kleinere Strukturgrößen, höhere Betriebsfrequenzen und reduzierte Leistungsanforderungen. Frühere Untersuchungen im Bereich QCA haben hauptsächlich die Implementierung verschiedener sequentieller und kombinatorischer Schaltkreismodelle betont, die als grundlegende Elemente für zahlreiche Anwendungen dienen. Jüngste Trends zeigen jedoch eine Verschiebung hin zur Entwicklung anwendungsspezifischer Designs unter Verwendung von QCA. Motiviert durch diesen Trend strebt dieses Papier an, die Nutzung reversibler Logikgatter im Design einer Arithmetischen Einheit innerhalb des QCA-Rahmens zu erkunden. Das Ziel ist es, wichtige arithmetische Komponenten zu implementieren, darunter einen Volladdierer, Vollsubtrahierer, Multiplikator und Divisor, und diese dann mithilfe eines 4:1-MUX zu einer umfassenden Arithmetischen Einheit zu integrieren. Die Leistungsbewertung dieser Komponenten erfolgt über mehrere Metriken, einschließlich Flächennutzung, Quantenkosten, Verzögerung, Energieverbrauch und QCA-Zellnutzung. Um die Funktionalität der vorgeschlagenen Designs zu bestätigen, werden umfassende Simulationen durchgeführt, die Wellenform-Ausgaben erzeugen, die einer gründlichen funktionalen Verifikation unterzogen werden.