دانلود ترجمه مقاله طراحی مدارهای منطقی آتوماتای سلولی نقطه کوانتومی (ساینس دایرکت – الزویر 2018) (ترجمه ویژه – طلایی ⭐️⭐️⭐️)

طراحی مدارهای منطقی آتوماتای سلولی نقطه کوانتومی مبتنی بر یک مدل جایگزین

Designing ternary quantum-dot cellular automata logic circuits based upon an alternative model

چکیده

1. مقدمه

2. پس زمینه QCA دوگانه و سه گانه

3. طرح منطق سه گانه مطرح شده

4. گیت های سه گانه ساده پیشنهادی

5. مدارهای سه گانه پیشنهادی

6. نتیجه گیری

منابع

چکیده

     در حال حاضر در زمینه منطق چند گانه از منطق سه گانه به دلیل داشتن مزایای رقابتی نسبت به منطق دو گانه، در توسعه پیشرفته ترین سیستم های دیجیتال استفاده می شود. با وجود پیشرفت های حاصل شده در این حوزه، هنوز مدلی جامع که بتواند تاثیری عمیق بر روند چنین سیستم تازه تاسیسی داشته باشد ارائه نشده است. از این رو، در این مقاله سعی داریم با استفاده از مدل پیشنهادیمان به طراحی گیت های منطقی ماشین های خودکار سلولی کوانتومی-نقطه ای سه گانه ساده و مدارهای ترکیبی مانند افزایشگر ها بپردازیم. به منظور تایید مدارهای طراحی، مدارهای منطقی سه گانه را با استفاده از نرم افزار جدید TQCAsim شبیه سازی کردیم، تا بتوانیم بهره وری روش شبیه سازی را بدقت بررسی کنیم، همچنین برخی از گیت های مرسوم پیشین نیز شبیه سازی شدند. بعلاوه، عوامل موثری مانند، حوزه، مصرف انرژی، خطاپذیری، و هزینه نیز در مدارهای ارائه شده بررسی شدند. نتایج نشانگر این هستند که علاوه بر تعیین مشخصات، مدارهای طراحی شده نیز به آسانی در سیستم های دیجیتال قابل اجرا هستند.

پس زمینه QCA دوگانه و سه گانه

     سلول دوگانه کوانتومی-نقطه ای یک سلول مربعی شکل با 4 نقطه کوانتومی می باشد که 4 نوک سلول را اشغال کرده اند. بر اساس قانون دفع کولن دو الکترون فقط می توانند دو سمت مخالف یکدیگر را در سلول اشغال کنند. بنابر این هر سلول می تواند دارای حالت قطبی p=1 یا p=2 با حالت دوگانگی 1 و 0 باشد. برخلاف حوزه دوگانه، در MVL، هر ذره می تواند دارای بیش از یک عدد باشد و در مقایسه با دوگانگی اطلاعات بیشتری می تواند در حافظه MVL ذخیره شود. هزینه کم و آنالیز عددی سریعتر از دیگر مزایای مدارهای MVL می باشند. یک بحث مهم در رابطه با MVL، منطق سه گانه (3) می باشد که می تواند دارای مقادیر “صحیح”، “غلط” و “ناشناخته” (یعنی منطق لوکاسیویتز، کلین و پریست) باشد. منطق سه گانه با منطق دو گانه مساویست و حتی از برخی جهات بهتر از آن است. منطق سه گانه دارای این مزیت ها می باشد: (1) دارای کمترین پیچیدگی میان MVL ها (سادگی)؛ (2) توانایی ذخیره اطلاعات بیشتر در مقایسه با منطق دوگانه مرسوم؛ (3) سرعت بالا؛ (4) عملکرد عالی؛ (5) پایین بودن هزینه. بنابر این استفاده از این منطق می تواند دارای مزایایی در دستگاه های محاسباتی مدرن باشد.

     شایان ذکر است که، یکی از سیستم های منطقی سه گانه کم هزینه قابل مقایسه با سه گانه متعادل، منطق کلین است. گیت های منطق ساده ای همچون گیت های اقلیت (and)، اکثریت (or)، و معکوس کننده (not) در منطق کلین و منطق سه گانه متعادل یکسان می باشند. طبیعتا، تمامی مدارهای سه گانه با استفاده از این گیت های ساده بکارگیری می شوند، از این رو نتایج مدارهای ارائه شده ما در منطق کلین نیز صحیح می باشند. اطلاعات بیشتر در رابطه با این منطق را می توانید از طریق (11) بدست آورید.

     مشهورترین سلول سه گانه کوانتومی-نقطه ای دارای 8 چاه کوانتومی در یک شکل دایره ای و یک جفت الکترون است که می توانند بین این چاه ها به راحتی حرکت کنند. بر اساس نیروی دفعی کولن، یک جفت الکترون همیشه در دورترین فاصله ممکن از یکدیگر به سر می برند. به سبب ساختار سلول، این الکترون ها می توانند در 4 موقعیت مختلف قرار گیرند. هر موقعیت مساویست با یک حالت منطقی مانند -1, +1, و 0 (سه گانه متعادل) و یا 0، 1، 2/1، 2/1 یا 0، 0، 1، 2 (سه گانه نا متعادل). توجه کنید که، دو موقعیت متفاوت دارای مقادیر یکسانی هستند. الکترون ها اجازه دارند داخل یک سلول حرکت کنند، بنابراین، میان سلولهای QCA مجاور هیچ انتقال الکترونی انجام نمی گیرد، از این رو جریان از یک سلول به سلول دیگر در حال گردش است.