Збірник наукових праць Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Рік 2026 Том 24, Випуск 1
Завантажити повну версію статті (PDF, Англійською / In English) Open Access

Md. ABDULLAH-AL-SHAFI

University of Development Alternative (UODA), 80, Satmosjid Road, Dhanmondi, Dhaka, Bangladesh

A Study on 2-Dimensional 4-Dot 2-Electron QCA-Based Reversible-Circuit Design with Energy Dissipation Analysis

33–52 (2026)

PACS numbers: 03.67.-a, 07.50.Ek, 73.21.-b, 73.63.-b, 84.30.Bv, 85.35.Be, 85.40.Bh

Надійшла 06 вересня 2024 р.

Оскільки масштабування архетипових транзисторів досягло свого найнижчого рівня, раціональна заміна технології виготовлення комплементарних інтегральних схем типу метал-оксид-напівпровідник (КМОНп) для досягнення передових удосконалень у схемах за критеріями розміру, низького енергоспоживання та щільности використання пристроїв стала надзвичайно важливою. В умовах надзвичайно швидкого розвитку технології виготовлення надвеликих інтегральних схем (НВІС) вимогою епохи є досягнення узгодженого моделю із площею та низьким енергоспоживанням. Клітинний автомат на квантових цятках (ККА) — це перспективний нанотехнологічний архетип, який має відмінну роздільчу здатність щодо звичайної КМОНп, але має й кілька фізичних обмежень і наборів меж контурів. ККА є привабливою нанотехнологічною парадигмою завдяки кращій частоті перемикання та швидшій роботі, а також представляє собою новий підхід щодо перетворення інформації. У цій статті проілюстровано нові конструкції логічних вентилів типу «виключне АБО-НЕ», «TR (Thapliyal-Ranganathan)», «BVF (межове векторне поле)» й 1-бітного компаратора за Фейнмановим вентилем на основі технології ККА та КМОНп, яка є добре організованою порівняно з попереднім планом. Для комп'ютерного моделювання та підтвердження запропонованого вентиля використовуються конструктор ККА та механізми Microwind Lite. Розраховано та порівняно квантові витрати стосовно запропонованих типових схем та їхніх конструкцій ККА, які підтверджують, що запропоновані конструкції ККА мають надзвичайно низькі квантові витрати порівняно з типовими схемами. Оцінено розсіяння потужности конструкціями, що підтверджує перспективність використання нанопристроїв ККА як заміни для реалізації оборотніх схем. Проаналізовано стійкість запропонованих конструкцій щодо теплової випадковости, що представляє ефективність функціонування конструкцій. Конструкції мають сприятливе майбутнє у формуванні схем перетворення інформації наноскопічного масштабу з низьким енергоспоживанням і можуть бути ініційовані розширеними цифровими функціями в ККА.

КЛЮЧОВІ СЛОВА: клітинний автомат на квантових цятках, вентиль виключне АБО-НЕ, вентиль TR, вентиль BVF, 1-бітний компаратор за Фейнмановим вентилем, розсіяння потужности

Цитування:
Md. Abdullah-Al-Shafi, A Study on 2-Dimensional 4-Dot 2-Electron QCA-Based Reversible-Circuit Design with Energy Dissipation Analysis, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 24, No. 1: 33–52 (2026); https://doi.org/10.15407/nnn.24.01.0033
ЛІТЕРАТУРА
  1. J. A. Carballo, W. T. J. Chan, P. A. Gargini, A. B. Kahng, and S. Nath, 32nd International Conference on Computer Design-ICCD (19 October, 2014), p. 139; https://doi.org/10.1109/ICCD.2014.6974673
  2. C. S. Lent, P. D. Tougaw, W. Porod, and G. H. Bernstein, Nanotechnology, 4, Iss. 1: 49 (1993); https://doi.org/10.1088/0957-4484/4/1/004
  3. N. Gallagher and G. Wise, IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Process., 29, Iss. 6: 1136 (1981); https://doi.org/10.1109/TASSP.1981.1163708
  4. E. Aptoula and S. Lefèvre, Pattern Recognit., 40, Iss. 11: 2914 (2007); https://doi.org/10.1016/j.patcog.2007.02.004
  5. I. Grattan-Guinness, Hist. Math., 31, Iss. 2: 163 (2004); https://doi.org/10.1016/S0315-0860(03)00032-6
  6. K. Michielsen and H. De Raedt, Phys. Rep., 347, Iss. 6: 461 (2001); https://doi.org/10.1016/S0370-1573(00)00106-X
  7. V. Chatzis and I. Pitas, IEEE Trans. Image Process., 19, Iss. 7: 699 (2000); https://doi.org/10.1109/42.875192
  8. K. Benkrid, A. Benkrid, and S. Belkacemi, J. Syst. Archit., 53, Iss. 4: 184 (2007); https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2006.09.010
  9. K. Konstantinidis, G. C. Sirakoulis, and I. Andreadis, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. Part C, 39, Iss. 5: 520 (2009); https://doi.org/10.1109/TSMCC.2009.2020511
  10. T. Cole and J. C. Lusth, Prog. Quantum. Electron., 25, Iss. 4: 165 (2001); https://doi.org/10.1016/S0079-6727(01)00007-6
  11. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, 5th Intl. Conf.on Informatics, Electronics & Vision (May 13, 2016, Dhaka, Bangladesh), p. 620; https://doi.org/10.1109/ICIEV.2016.7760076
  12. P. D. Tougaw and C. S. Lent, J. Appl. Phys., 75, Iss. 3: 1818 (1994); https://doi.org/10.1063/1.356375
  13. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Cogent. Eng., 3, Iss. 1: 1237864 (2016); https://doi.org/10.1080/23311916.2016.1237864
  14. M. Abdullah-Al-Shafi, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, Iss. 2: 289 (2018); http://dx.doi.org/10.15407/nnn.16.02.289
  15. M. Abdullah-Al-Shafi, M. S. Islam, and A. N. Bahar, Int. J. Comput. Appl., 128, Iss. 2: 27 (2015); https://doi.org/10.5120/ijca2015906434
  16. M. Abdullah-Al-Shafi, A. N. Bahar, F. Ahmad, and K. Ahmed, Cogent. Eng., 4, Iss. 1: 1349539 (2017); https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1349539
  17. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Cogent Engineering, 4, Iss. 1: 1391060 (2017); https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1391060
  18. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, J. Nanoelectron. Optoelectron., 13, Iss. 6: 856 (2018); https://doi.org/10.1166/jno.2018.
  19. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Int. Nano Lett., 9, Iss. 3: 265 (2019); https://doi.org/10.1007/s40089-019-021
  20. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, J. Comput. Theor. Nanosci., 14, Iss. 5: 2416 (2017); https://doi.org/10.1166/jctn.2017.6842
  21. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Sens. Lett., 17, Iss. 7: 595 (2019); https://doi.org/10.1166/sl.2019.4117
  22. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, J. Nanoelectron. Optoelectron., 14, Iss. 9: 1275 (2019); https://doi.org/10.1166/jno.2019.2630
  23. M. Abdullah-Al-Shafi and Z. Rahman, Solid State Electron. Lett., 1, Iss. 2: 73 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ssel.2019.11.004
  24. M. Abdullah-Al-Shafi, A. N. Bahar, M. A. Habib, M. M. R. Bhuiyan, F. Ahmad, P. Z. Ahmad, and K. Ahmed, Ain Shams Eng. J., 9, Iss. 4: 2641 (2018); https://doi.org/10.1016/j.asej.2017.05.010
  25. M. T. Niemier, M. J. Kontz, and P. M. Kogge, Proc. 37th Annual Design Automation Conference (June 5-9, 2000, Los Angeles, California, USA), p. 227; https://doi.org/10.1145/337292.337398
  26. M. Crocker, X. S. Hu, M. Niemier, M. Yan, and G. Bernstein, IEEE Trans. Nanotechnol., 7, Iss. 3: 376 (2008); https://doi.org/10.1109/TNANO.2007.915022
  27. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Int. J. Inf. Technol. Comput. Sci., 10, Iss. 10: 38 (2018); https://doi.org/10.5815/ijitcs.2018.10.05
  28. Md. Abdullah-Al-Shafi, Commun. Appl. Electron., 4, Iss. 1: 20 (2016); http://dx.doi.org/10.5120/cae2016652004
  29. J. L. Cardenas-Barrera, K. N. Plataniotis, and A. N. Venetsanopoulos, Math. Probl. Eng., 8, Iss. 1: 87 (2002); https://doi.org/10.1080/10241230211381
  30. V. Mardiris and V. Chatzis, J. Eng. Sci. Technol. Rev., 9, Iss. 2: 25 (2016); https://doi.org/10.25103/jestr.092.05
  31. R. Zhang, K. Walus, W. Wang, and G. A. Jullien, IEEE Trans. Nanotechnol., 3, Iss. 4: 443 (2004); https://doi.org/10.1109/ΤΝΑΝΟ.2004.834177
  32. I. Amlani, A. O. Orlov, R. K. Kummamuru, G. H. Bernstein, C. S. Lent, and G. L. Snider, Appl. Phys. Lett., 77, Iss. 5: 738 (2000); https://doi.org/10.1063/1.127103
  33. S. B. Tripathi, A. Narzary, R. Toppo, M. Goswami, and B. Sen, J. Phys. Conf. Ser., 1039, Iss. 1: 012028 (2018); https://doi.org/10.1088/1742-6596/1039/1/012028
  34. M. Abdullah-Al-Shafi and R. Ziaur, Solid State Electron. Lett., 1, Iss. 2: 73 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ssel.2019.11.004
  35. S. Sheikhfaal, S. Angizi, S. Sarmadi, M. H. Moaiyeri, and S. Sayedsalehi, Microelectron. J., 46, Iss. 6: 462 (2015); https://doi.org/10.1016/j.mejo.2015.03.016
  36. S. S. Ahmadpour, M. Mosleh, and S. Rasouli Heikalabad, J. Supercomput., 76, Iss. 12: 10155 (2020); https://doi.org/10.1007/s11227-020-03249-3
  37. M. Abdullah-Al-Shafi, M. S. Islam, and A. N. Bahar, Int. Nano Lett., 10, Iss. 3: 177 (2020); https://doi.org/10.1007/s40089-020-00304-y
  38. M. R. Hasan, R. Guest, and F. Deravi, ACM Comput. Surv., 55, Iss. 13: 1 (2023); https://doi.org/10.1145/3583135
  39. M. S. Islam, M. Abdullah-Al-Shafi, and A. N. Bahar, JOT-TT, 3, Iss. 2: 145 (2015); https://doi.org/10.15415/jotitt.2015.32010
  40. M. S. Islam, M. Abdullah-Al-Shafi, and A. N. Bahar, Int. J. Comput. Appl., 134, Iss. 7: 1 (2016); https://doi.org/10.5120/ijca2016907711
  41. A. N. Bahar, S. Waheed, and N. Hossain, Springer Plus, 4, Iss. 1: 153 (2015); https://doi.org/10.1186/s40064-015-0928-4
  42. R. Akter, N. Islam, and S. Waheed, Int. J. Comput. Appl., 109, Iss. 1: 41 (2015); https://doi.org/10.5120/19155-0591
  43. M. Abdullah-Al-Shafi, A. N. Bahar, F. Ahmad, M. M. R. Bhuiyan, and K. Ahmed, Data Brief., 11, Iss. 1: 593 (2017); https://doi.org/10.1016/j.dib.2017.03.001
  44. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Act. Passiv. Electron. Compon., 2018, Iss. 1: 1 (2018); https://doi.org/10.1155/2018/5062960
  45. M. Abdullah-Al-Shafi and A. N. Bahar, Int. J. Multimed. Ubiq. Eng., 11, Iss. 8: 379 (2016); https://doi.org/10.14257/IJMUE.2016.11.8.38
  46. M. Abdullah-Al-Shafi, R. H. Aneek, and A. N. Bahar, Int. J. Grid. Distrib. Comput., 10, Iss. 1: 43 (2017); https://doi.org/10.14257/ijgdc.2017.10.1.05