QCA es una tecnología de varias que buscan ser una opción de reemplazo para la tecnología CMOS que se ha mantenido gracias a sus propiedades de escalabilidad entre otras. Lamentablemente a medida que se reduce el tamaño de los transistores aumentan los problemas de corrientes de fuga a través del óxido de la puerta. A diferencia, los QCA mejoran su funcionamiento cuando se hacen más pequeños.
Los quantum-dots son como pozos en donde los electrones quedan atrapados y no pueden salir a menos que se les de la energía suficiente. Cada celda QCA posee cuatro quantum-dots, ordenados en forma de cuadrado en donde los electrones, aprovechando el efecto túnel, pueden pasar de un quantum-dot a otro. También posee dos electrones extras, que estan ubicados generalmente de forma diagonal dentro del arreglo de quantum-dots, y que representan los valores logicos “0” y
“1”.
Dada la forma de las celdas, al colocar varias juntas, la polarización de una afecta a las de su entorno sicronizándolas, lo que nos permite construir distintos elementos lógicos y cables. En el caso de los cables la nueva polarización se copia de celda a celda aunque también se puede formar una cadena inversora girando el arreglo 45 grados, en donde el valor se invierte en cada celda. Una ventaja es que se pueden cruzar una cadena inversora y un cable sin alterar los valores que viajan por ambas, lo que nos facilita la labor de ruteo. Otra es que con cinco celdas se pueden construir una compuerta AND, una OR o la funcion mayoría.
Las celdas requieren un reloj para funcionar, el cual les permite cambiar de estado en alta y comportarse como latch en baja. Se utilizan cuatro relojes, cada uno desfasado 90 grados, para mantener el flujo de datos a través de las celdas en cuatro estados: bajando, en baja, subiendo y en alta. Además, no se necesita alimentación aparte de la generada por los relojes.
En cuanto a la implementación, se puede lograr de varias maneras pero no han sido completamente desarrolladas. La que podemos resaltar es la de semiconductores, actualmente utilizada para hacer chips, aunque todavía no se ha llegado al tamaño minimo requerido para poder producir dispositivos con QCAs que trabajen a temperatura ambiente.
Actualmente hay programas para diseñar circuitos con QCAs y que permiten simular el funcionamiento como QCADesigner.
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_dot_cellular_automata
http://qcadesigner.ca/tutorials/QCATutorial.html