两点量子元胞自动机取反优化：低翻转率全加器电路设计

本文主要探讨了基于两点量子点元胞自动机（2D QCA）的全加器电路设计，这是一种创新的纳米电子技术，尤其在处理量子信息处理和量子计算中的逻辑运算。两点量子元胞自动机通常用于构建低功耗、高集成度的电路，但传统的取反操作（如在竖直方向）可能导致元胞状态不稳定，影响电路性能。 针对这一问题，文章提出了一种策略，即通过改变信号传输的方向，将其从竖直方向转换到水平方向，从而避免了元胞在取反操作时的易翻转现象。这种方法巧妙地应用了两点量子元胞自动机的异或门结构，这种异或门是量子计算中的基本逻辑门之一，它能实现两个输入信号的非对称逻辑运算。 作者们设计了一种新的全加器电路，该电路采用了这种优化的取反操作方式。与基于传统四点量子元胞自动机设计的全加器相比，新设计在电路的电子数和量子点数上平均减少了25%，这意味着更低的硬件成本和更高的电路效率。同时，电路的集成度也得到了显著提高，达到6.2%。这一改进对于减小电路尺寸、降低能耗以及提高整体性能具有重要意义。 研究过程中，作者还借助了半经典模型和遗传模拟退火法（Genetic Simulated Annealing，GSA），这两种技术在优化设计过程中的应用，有助于找到最佳的电路布局和参数组合，进一步提升了电路的性能和稳定性。 这篇论文不仅展示了如何通过创新的元胞操作策略来改善两点量子元胞自动机的全加器设计，而且还展示了在量子计算领域的前沿研究方法，如遗传算法在电路优化中的应用。这为未来的量子电路设计提供了有价值的新思路和技术路线。