Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten

Schema des Volladdierers

Das Carry-Bit besteht aus drei dünnen Transportkanälen. Diese tragen wenige quantisierte Elektronenmoden, deren Anzahl über seitliche Gatter kontrolliert wird. Ein derartiges Bauelement wird Quantendraht-Transistor genannt.

Die Quantendrähte treffen sich in einer Kreuzverbindung mit gemeinsamem Source-Kontakt, wobei die Source (engl. für Quelle) die Elektronen liefert. Die Quantendrähte wurden so angeordnet, dass die seitlichen Gatter ebenfalls monolithisch so verbunden sind, dass zwei Quantendrähte gleichzeitig über einen gemeinsamen Gatteranschluss gesteuert werden.

Die Symmetrie der Struktur erlaubt es, dass jedes Gatter des horizontalen Quantendrahtes mit einem Gatter eines vertikalen Drahtes verbunden ist. Auf diese Weise werden sechs Gatter über lediglich vier externe Anschlüsse direkt gesteuert.

Das Summen-Bit setzt sich zusammen aus zwei monolithisch kaskadierten Vier-Terminal-Strukturen, jedes bestehend aus drei monolithisch miteinander verknüpften Quantendrähten, die über sechs Gatter gesteuert werden. Beide Hälften des Summen-Bits wiederum können unabhängig voneinander eine XOR-Operation ausführen.

Ein XOR-Gatter ist ein universelles logisches Gatter, auf dessen Basis jedes logische Gatter der Gatterfamilie dargestellt werden kann. Der Ausgang des ersten XOR-Gatters dient als Eingangsspannung der Gatter des zweiten XOR-Gatters. Das Ergebnis der beiden kaskadierten XOR-Operationen ist schließlich wieder eine XOR-Operation, diesmal aber mit drei Eingängen.