QCA 4입력 유니버설 게이트의 동작에 대한 물리적 증명

Physical Proof of QCA 4-Input Universal Gate Operation

양자점 셀룰러 오토마타(QCA)에서 사용되는 유니버설 게이트는 한 개의 게이트로 모든 기본 논리 회로를 구성할 수 있다. 2018년에 제안된 4입력 유니버설 게이트는 기존에 제안되었던 유니버설 게이트에 대각 입력을 추가하였다. 대각의 위치에 따라 상단 입력과 하단 입력의 두 가지 형태가 있으며, 같은 결과 값을 갖는다. 제안된 유니버설 게이트는 기존의 유니버설 게이트에서 연산을 추가하였으나, 실행 가능한 동작들이 정상적으로 작동되는지에 대한 검증이 이루어지지 않았다. 이에 본 논문에서는 물리적 증명을 통해 제안된 게이트의 동작을 분석하고 검증하고자 한다. 물리적 증명이란 각 셀의 전자들이 인접한 셀의 전자들과 상호작용 하면서 가지는 에너지의 총합을 계산하여 해당 셀이 어떤 편극을 가지게 될지 검증하는 것을 말한다. 해당 게이트를 물리적 증명 방법을 사용해 검증한 결과 NOT 연산이 정상적으로 이루어짐을 확인할 수 있다. 해당 게이트를 물리적으로 증명함으로써 해당 회로의 동작을 비 시뮬레이션 환경에서도 동작이 검증됨을 보이고, 해당 게이트를 사용한 더욱 효율적인 회로가 설계될 수 있을 것으로 기대한다.

The universal gate used in quantum dot cellular automata (QCA) can form all the basic logic circuits with one gate. The 4-input universal gate proposed in 2018 adds a diagonal input to the previously proposed universal gate. Depending on the position of the diagonal, there are two types, the top input and the bottom input, with the same result. The proposed universal gate adds an operation to the existing universal gate, but it is not verified whether the executable operations are normally operated. In this paper, we analyze and verify the operation of the proposed gate through physical proof. Physical proof refers to the sum of the energy of electrons in each cell interacting with the electrons in adjacent cells to verify what polarization the cell will have. This paper analyzes and verifies the operation of the universal gate through the physical verification method, and discusses the benefits and usefulness of using the method. As a result of verifying the gate using the physical proof method, it can be confirmed that the NOT operation is performed normally. By physically proving the gate, it demonstrates that the operation of the circuit is verified in a non-simulated environment, and that more efficient circuits using the gate can be designed.