基于贝叶斯模型的qca扇出结构转换特性_陈祥叶

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1、纳米器件器件与技术与技术NanoelectronicDevice&TechnologyDevicesandTechnology基于贝叶斯模型的ＱＣＡ扇出结构转换特性陈祥叶，蔡理，王森，崔焕卿，汪志春（空军工程大学理学院，西安７１００５１）摘要：基于半径为２的贝叶斯模型，量化分析了量子元胞自动机（ＱＣＡ）扇出结构的转换特性。分析表明，采用半径为１的贝叶斯模型进行ＱＣＡ转换特性分析将导致传输线正确概率的误差增大到４０％，而半径为２的贝叶斯模型平衡了运算量和计算精度，适用于ＱＣＡ的可靠性分析。仿真表明，扇出结构的正确概率随元胞尺寸和元胞间距的增大而逐渐降低，也随着输入条件和输

2、出端的不同而改变，输入为‘１’时，扇出的拐角输出端的正确概率高于８５％，而输入为‘０’时，拐角输出端的正确概率低于２０％。这是由于ＱＣＡ是一种基于量子机理进行工作的器件，不同的输入或不同的元胞尺寸和元胞间距都将造成元胞扭结能的改变，进而影响元胞的翻转概率。研究所得结论可为今后ＱＣＡ的电路实现与设计和可靠性分析提供参考。关键词：量子元胞自动机（ＱＣＡ）；扇出；贝叶斯模型；转换特性；正确概率中图分类号：Ｏ４７１．１；ＴＮ４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４７７６（２０１４）０２－００７３－０５ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＱＣＡＦａｎｏｕｔＳｔ

3、ｒｕｃｔｕｒｅＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＢａｙｅｓｉａｎＭｏｄｅｌＣｈｅｎＸｉａｎｇｙｅ，ＣａｉＬｉ，ＷａｎｇＳｅｎ，ＣｕｉＨｕａｎｑｉｎｇ，ＷａｎｇＺｈｉｃｈｕｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔａ（ＱＣＡ）ｆａｎｏｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｑｕａｎｔｉｆｉａｂｌｙａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＢａｙｅｓｉａｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｒ

4、ａｄｉｕｓｏｆ２．Ｔｈｅａｎａｌｙ－ｓｉｓｒｅｖｅａｌｓｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｗｉｒｅｃｏｒｒｅｃｔｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｔｏ４０％ｂｙｔｈｅＢａｙｅｓｉａｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆ１ｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＱＣＡ．ＴｈｅＢａｙｅｓｉａｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆ２ｂａｌａｎｃｅｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄｉｓａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｅｔｈｏｄｔｏａｎａｌｙｚ

5、ｅｔｈｅＱＣＡｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆａｎｏｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｃｅｌｌｓｉｚｅａｎｄｃｅｌｌｄｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄａｌｓｏｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｐｕｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｏｕｔｐｕｔｔｅｒｍｉｎａｌｓ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｒｎｅｒｏｕｔｐｕｔｔｅｒｍｉｎａｌｉｓｍｏｒｅｔｈａｎ８５％ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｐｕｔｉｓ‘

6、１’，ｗｈｉｌｅｉｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ２０％ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｐｕｔｉｓ‘０’．ＴｈｉｓｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅＱＣＡｉｓａｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｐｕｔｓｏｒｃｅｌｌｓｉｚｅｓａｎｄｃｅｌｌｄｉｓｔａｎｃｅｓｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｔｈｅｋｉｎｋｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｃｅｌｌ，ｔｈｅｒｅｂｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｅｌｌ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄ

7、ｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｕｔｕｒｅＱＣＡ．收稿日期：２０１３－１０－１８基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１１７２０４３）；陕西省自然科学基础研究计划重点项目（２０１１ＪＺ０１５）Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｏｎｑｕｏｒ＿ｆｉｇｈｔｅｒ＠ｑｑ．ｃｏｍ２０１４年２月微纳电子技术第５１卷第２期７３陈祥叶等：基于贝叶斯模型的ＱＣＡ扇出结构转换特性Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔｃｅｌｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔａ（ＱＣＡ）；ｆａｎｏｕｔ；Ｂａｙｅｓｉａｎｍｏｄｅｌ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓ