[发明专利]一种基于量子可逆逻辑门的主从RS触发器

说明书

技术领域

本发明涉及信息领域中的低功耗时序逻辑电路，特别是基于量子可逆逻辑门的主从RS触发器。

背景技术

触发器是时序电路研究的基础，常用于实现接收、保存与输出二进制数码信号的0、1的功能，广泛应用于数字电路和数字系统的设计中。

主从触发器由两级触发器构成，其中一级接收输入信号，其状态直接由输入信号决定，称为主触发器，还有一级的输入与主触发器的输出连接，其状态由主触发器的状态决定，称为从触发器。可以使整个RS触发器处于某一确定状态。

Landauer指出，传统不可逆逻辑电路的能量损耗根源是信息位的丢失，每一位信息的丢失对应KT*Ln2焦耳的热量产生，其中K是波尔兹曼常量，T是绝对温度，在室温下，虽然能量的散失很少，但对于低功耗电路设计不能忽略。同时，能耗产生的热量会极大地限制芯片的性能和计算速度。

Deutsch提出量子逻辑门构造量子计算机的思想，而量子逻辑门具备可逆操作的特性，其通过级联的方式可以综合设计量子逻辑电路，量子电路由于其特殊的结构性，不存在信息位的丢失和电能与热能的转换，从根本上解决了传统不可逆逻辑电路的热耗问题。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种基于量子可逆逻辑门的主从RS触发器，采用量子可逆逻辑门设计，避免计算过程中信息位的丢失，降低了电路的功耗，降低了传统主从RS触发器的能耗，解决了高密度电路中能耗带来的热量散热问题。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的基于量子可逆逻辑门的主从RS触发器包括一个时序信号控制单元、第一输入信号处理单元、第二输入信号处理单元、一个主RS触发器和一个从RS触发器，第一输入信号处理单元和第二输入信号处理单元作为两组信号处理单元，所述时序信号控制单元的输出信号一部分经过第一输入信号处理单元处理后经过主RS触发器输入第二输入信号处理单元，时序信号控制单元的输出信号另一部分输入第二输入信号处理单元，第二输入信号处理单元的输出信号经过从RS触发器处理后得到最终输出信号。主RS触发器、从RS触发器均由基本可逆RS触发器构成。

具体地，所述的基于量子可逆门的主从RS触发器在时钟信号CP的作用下，根据原始输入_信号的不同，具有置0、置1和保持功能。其中，时钟信号CP作为时序信号控制单元的第一输入，常量0、1、1、0、0分别为时序信号控制单元的第二、第三、第四、第五、第六输入。时序信号控制单元的第一输出作为第一输入信号处理单元的第一输入，时序信号控制单元的第二输出作为第二输入信号处理单元的第三输入，时序信号控制单元的第三输出作为第一输入信号处理单元的第三输入，时序信号控制单元的第四输出作为第二输入信号处理单元的第一输入，时序信号控制单元的第五输出作为第二输入信号处理单元的第五输入。时序信号控制单元的第六输出作为第一输入信号处理单元的第五输入。原始输入信号_分别作为第一输入信号处理单元的第二输入、第四输入。第一输入信号处理单元的第二输出、第五输出分别作为作为主RS触发器的第一输入、第二输入。主RS触发器第一输出作为第二输入信号处理单元的第二输入，主RS触发器第二输出作为第二输入信号处理单元的第四输入。第二输入信号处理单元的第二输出、第五输出分别作为从RS触发器的第一输入、第二输入。从RS触发器的第一输出为Q，从RS触发器的第二输出为即基于量子可逆逻辑门的主从RS触发器的最终输出Q、

更进一步地，时序信号控制单元由一个Fredkin(FRG)门和第一、第二、第三Feynman(FG门)级联实现；所述的第一输入信号处理单元由第一、第二Peres门级联组成，所述的第二输入信号处理单元由第三、第四Peres门级联实现；所述的主触发器由第五、第六Peres门级联组成；所述的从触发器由第七、第八Peres门级联组成。

本发明技术方案的基于量子可逆门的主从RS触发器中，当时钟信号CP＝1时，经过时序信号控制单元的控制交换作用，主RS触发器(即主可逆RS触发器)左侧的输入信号处理单元的目标位输出变量即主RS触发器正常接收输入信号。同时，位于从RS触发器(即从RS触发器)左侧的输入信号处理单元的目标位输出全部为0，使从RS触发器亦即整个可逆RS触发器保持原状态不变。而CP＝0时，主RS触发器状态保持不变，从RS触发器工作并接收主RS触发器的原状态信号，从而使整个可逆RS触发器正常输出信号。

有益效果