随着传统CMOS器件的飞速发展,传统CMOS器件的尺寸越来越小。在此背景下,传统FPGA取得了空前的发展。但同时一些制约传统FPGA继续飞速发展的因素慢慢凸显出来,像量子效应、大泄漏电流、高功耗密度、复杂布线与串扰等问题。在寻找能够替代传统CMOS器件过程中,在上个世纪90年代,量子细胞自动机(Quantum-dot Cellular Automata, QCA)被提出。由于其尺寸小、功耗低、运算速度快、易于扩展等原因迅速被广大科研工作者关注。一些传统电路中的器件像加法器、减法器、触发器等器件；在QCA电路中相继被实现。并有科研工作者对QCA器件的可靠性,容错性做了充分的研究。本文先介绍了传统CMOS器件、FPGA的发展并说明了面临的问题。然后详细介绍了QCA电路的基本知识、时钟控制方式、信息传输机制以及设计仿真软件。通过对QCA电路做了充分的研究,利用QCA电路设计仿真软件QCADesigner,本文设计并实现了基于QCA的全新的双边沿JK触发器、两种不同汉明码编码／解码电路、模块化加法器以及乘法器,并对它们进行了详细的分析对比。通过这些基本的电路器件设计与分析,充分展示了QCA电路的性质与优势,并总结了这些电路设计对后续电路设计的作用。最后,本文结合实际案例总体分析了设计基于QCA的FPGA应该遵循的实现方式,并设计了一种全新的路由方式。然后利用该路由策略对提出的案例进行改进,并取得不错的成果。