量子原胞自动机(Q1]antum-dot Cellular Automata)是一种新型的纳米器件,由于具有一些独特的优点而受到人们的关注和研究.在本文中,首先研究了QCA的热力学行为.用全空间方法研究了直线和择多门在不同的(原胞之间的距离)/(相邻量子点之间的距离)比值(R)下的能谱,结果表明当原胞之间的距离远远大于量子点之间的距离时能谱是分立的,而随着比值的减小能谱则逐渐变的连续.另外还用遗传算法研究了QCA直线,得到了第一激发态的电子分布规律和基态与第一激发态能量差的规律.研究了离散电荷对单个原胞的极化度的影响,结果表明当离散电荷和原胞的可移动电荷具有相同的极性时,它只有在以单个原胞的中心为中心的圆带上时才会对原胞的极化度产生影响,而且圆的半径和离散电荷的电量的比值是一个由原胞参数决定的常数.另外研究了QCA的动力学行为.用状态变量方法以及相干向量方法研究了直线的动力学行为,了解了波前传播以及反射的细节问题,并将用不同的方法得到的结果在精度和计算量上进行比较,基本上Hartree-Fock是最能兼顾二者的方法.此外推导出平衡态附近的动力学方程,用该方程研究了直线平衡态附近的扰动特性,结果表明扰动只在一个由原胞参数决定的频率范围内可以传播. 最后提出了只需要三个择多门和一个反向器的超前进位全加器,对全加器,移位器,多路选通器,ALU等电路的逻辑功能进行了仿真.在仿真的过程中观察到时钟保持电路工作的极度重要性,为了电路的健壮性总结出了一套针对不同的原胞的时钟分配方式.