[发明专利]一种Toffoli门电路及其操作方法

权利要求书

1.一种Toffoli门电路，其特征在于，包括控制位忆阻器、操作位忆阻器和控制器；

所述控制位忆阻器和所述操作位忆阻器的正极共同连接在一条阵列字线上，所述控制位忆阻器和所述操作位忆阻器的负极分别连接在不同的阵列位线上；所述控制位忆阻器包括第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，分别用于表示二位控制位信息“00”、“01”、“10”、“11”；所述操作位忆阻器包括第一状态和第四状态，分别用于表示一位操作位信息“0”和“1”；

所述控制位忆阻器用于根据控制器输入的电压改变自身阻值状态的来存储二位控制位信息；

所述操作位忆阻器用于根据控制器输入的电压改变自身阻值状态从而存储一位操作位信息；

所述控制器用于根据Toffoli门电路的逻辑运算规则分别控制所述控制位忆阻器和所述操作位忆阻器所在字线和位线上的电压；具体为：所述控制器将三位输入信息分为二位控制位信息和一位操作位信息；根据控制信号将所述控制位信息写入所述控制位忆阻器中；若所述控制位信息为“11”，则将所述操作位信息取反，并根据控制信号将其写入所述操作位忆阻器中；否则，直接根据控制信号将所述操作位信息写入所述操作位忆阻器中；

其中，当所述控制位忆阻器两端的压降为V2时，所述控制位忆阻器从第一状态阻变至第二状态；当所述控制位忆阻器两端的压降为-V2时，所述控制位忆阻器从第四状态阻变至第三状态；当所述操作位忆阻器两端压降为V1时，所述操作位忆阻器从其他状态阻变至第四状态；当所述操作位忆阻器两端压降为-V1时，所述操作位忆阻器从其他状态阻变至第一状态；所述操作电压V1大于所述操作电压V2；

当所述二位控制位信息为“01”时，首先将所述控制位忆阻器初始化至第一状态，然后根据控制信号将所述控制位忆阻器两端的压降设置为V2，以使所述控制位忆阻器阻变至第二状态；

当所述二位控制位信息为“10”时，首先将所述控制位忆阻器初始化至第四状态，然后根据控制信号将所述控制位忆阻器两端的压降设置为-V2，以使所述控制位忆阻器阻变至第三状态；

当所述控制位信息不为“11”时，若所述操作位信息为“0”，则根据控制信号将所述操作控制位忆阻器两端的压降设置为-V1，以使所述操作控制位忆阻器从其他状态阻变至第一状态；否则，根据控制信号将所述操作控制位忆阻器两端的压降设置为V1，以使所述操作控制位忆阻器从其他状态阻变至第四状态；

当所述控制位信息为“11”时，若所述操作位信息为“0”，则根据控制信号将所述操作控制位忆阻器两端的压降为V1，以使所述操作控制位忆阻器从其他状态阻变至第四状态；否则，则设置初始化信号使所述操作控制位忆阻器两端的压降为-V1，以使所述操作控制位忆阻器从其他状态阻变至第一状态。

2.根据权利要求1所述的Toffoli门电路，其特征在于，所述控制位忆阻器的第一状态和第四状态分别对应所述控制位忆阻器的最高阻态和最低阻态；所述控制位忆阻器的第二状态和第三状态均为所述控制位忆阻器的中间阻态。

3.根据权利要求1所述的Toffoli门电路，其特征在于，所述操作位忆阻器的第一状态和第四状态分别对应所述操作位忆阻器的最高阻态和最低阻态。

4.权利要求1-3任意一项所述的Toffoli门电路的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将三位输入信息分为二位控制位信息和一位操作位信息；

S2、根据控制信号将控制位信息写入控制位忆阻器中；

S3、若控制位信息为“11”，则将操作位信息取反，并根据控制信号将其写入操作位忆阻器中；否则，直接根据控制信号将操作位信息写入操作位忆阻器中；

S4、读取此时控制位忆阻器与操作位忆阻器的状态，即为Toffoli可逆逻辑操作的结果。

5.根据权利要求4所述的Toffoli门电路操作方法，其特征在于，所述控制信号包括初始化信号、电压方向信号和操作电压信号，分别取值为0或1，所述操作电压信号包括操作电压信号A和操作电压信号B；

所述初始化信号用于控制忆阻器的初始化状态；

所述电压方向信号用于控制在忆阻器两端所施加电压的方向；

所述操作电压信号用于控制输入电压的值。