光子计算机(光子计算机实现了吗)

光子计算机

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光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小，光传输、转换时能量消耗和散发热量极低，对使用环境条件的要求比电子计算机低得多。

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1 光子计算机简介

2 电子计算机的弊端

3 光子计算机的优势

4 研制光子计算机

5 计算机展望

6 相关词条

7 相关链接

光子计算机-光子计算机简介

光子集成技术

1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，要有激光器、透镜和核镜。

由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。

目前，许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类普遍的工具。

光子计算机与电子计算机相比，主要具有以下优点：

(1)超高速的运算速度。光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s，而光子的传播速度却达3×10?5km/s，对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的情况下，电子在固体中的运行速度也远远不如光速，尽管目前的电子计算机运算速度不断提高，但它的能力极限还是有限的；此外，随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增强，散发的热量也在逐渐增加，从而制约了电子计算机的运行速度；而光子计算机的运行速度要比电子计算机快得多，对使用环境条件的要求也比电子计算机低得多。

(2)超大规模的信息存储容量。与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容量。光子计算机具有极为理想的光辐射源——激光器，光子的传导是可以不需要导线的，而且即使在相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息的平行通道，其密度实际上是无限的，一枚五分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍。

(3)能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品。光子计算机的驱动，只需要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大减少了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制，提供了便利的条件。科学家们正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”的计算机，这种计算机既能更快地处理信息，又能克服巨型电子计算机运行时内部过热的难题。

目前，光子计算机的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等都已经获得突破，最大幅度地提高光子计算机的运算能力是当前科研工作面临的攻关课题。光子计算机的问世和进一步研制、完善，将为人类跨向更加美好的明天，提供无穷的力量。

光子计算机-电子计算机的弊端

我们知道，任何金属导线都存在电阻和电容。从电磁学基本知识也知道，电阻和电容的结合会给在导线中传播的电子产生“阻力”，减低它在导线中传播的速度（传播速度大约只有光波在真空中传播速度的千分之一），这个现象又称时钟扭曲。由于存在这样一些问题，相应地也就出现这样的后果：电子对迅速的外来变化反应“迟钝”。当传递信息的载波频率很高（即信号变化速率很快）时，在导线上传递的电信号实际上跟不上要传递的信息信号变化。结果呢，就如同相声演员念绕口令，念得过快，舌头反应跟不上，念错了或走了调那个样子，被传递的信号要发生畸变，计算机的运算发生错误。其次，电子计算机的中央处理机虽然能够迅速处理数据，主存贮器能够吞吐大量的数据。但因为所有的数据信号都必须经过总线传递，而总线的电流密度如果太大，产生的电磁干扰也大。因此，电子计算机也会出现类似于高速公路交汇口由于狭窄，车辆通行速率受限制的现象，计算机和运算速度也受到了限制。还有，计算机使用的集成电子器件，它们因为受量子效应干扰，集成密度受到限制，理论上的集成密度最高为每块芯片10亿个晶体管（在实际上达到的数量比这个数还要低许多）。

光子计算机-光子计算机的优势 不用电子，用光子做传递信息的载体，就有可能克服前面谈到的那些限制，制造出性能更优异的计算机。用光子做传递信息的载体有以下几方面的好处：

1、光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用。在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，彼此之间不发生干扰，千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响。一只的光学系统，能够提供5*10^5行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供条信息通道。如果用光波导传输，光波导也可以相互穿越，只要它们的交叉角大于左右就不会有明显的交叉耦合。上述的性质又称光信号传输的并行性。

2、光子没有静止质量，它既可以在真空中传播，也可以在介质中传播，传播速度比电子在导线中的传播速度快得多（约1000倍），也就是说，光子携带信息传递的速度比电子快计算机内的芯片之间用光子互连不受电磁干扰影响，互连的密度可以很高。在自由空间进行互连，每平方毫米面积上的连接线数目可以达到5万条，如果用光波导方式互连，可以有万条。所以，用光子做信息处理载体，会制造出运算速度极高的计算机，理论上可以达到每秒1000亿次，信息存储量达到10^18位。这种计算机称为光子计算机。

3、超高速的运算速度。光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s，而光子的传播速度却达3×10

光子计算机-研制光子计算机

光子计算机

科学家研制光子计算机

巴斯大学（UniversityofBath）的物理学家正在进行一个项目，想研制出一种计算机，可以用光子代替传统的电子来运作。

这个项目由工程及物理科学研究理事会（EngineeringandPhysicalSciencesResearchCouncil）发起，总投资82万英镑。这项研究将推动光子物理的发展，同时也给了物理学家从原子级别观察世界的一次机会。

在过去四十来年里，摩尔定律一直在发挥它的威力，芯片厂商们将产品越做越小，以至于晶体管之间的相互作用会造成严重影响。于是工程师们开始将目光投注在光子方面，想利用光子来传输信息。

他们采用新型光子晶体光纤作为传输器材，比其传统光线来，新材料的损耗要小得多。“如果成功，这将是近五十年来计算机技术的一次革命”项目领导者Benabid博士说。

光子计算机-计算机展望

相信在看这篇文章的人对PC已经有一定的认识，对PC的过去我也就不多说了，摩尔定律完全掌握着我们可以遇见的未来，而摩尔定律失效将会出现在0.2nm工艺制作芯片的时候，因为那已经一个原子的直径了。但在这之前或之后很短的时间内光子计算机将会取代电子计算机，那时光子计算机就像我们现在使用的电子计算机一样流行，因此我对未来的PC的预测是建立在光子计算机的基础上：PC将会分为两个支线，一个是台式机，台式机不会被淘汰，它继续以高性能价格比占据着市场的大部分。现在的PDA将会是另一个分支的雏形，它甚至会将手提电脑淘汰，原因下文我说到。(下文所提到的计算机除特别指出，否则都是指光子计算机)

光子计算机电脑

我先来说说未来的台式机，台式机不会因为PC的极度发展而消失，相反它比任何一种其他机型更能适应市场的发展需求，台式机将会以高性能，低价格作为发展之路，光子台式机的整个架构将会是以光信号取代现在的电信号，光信号经输入设备触发，经传送到CPU处理后，再按输出。其实原理跟现在的电子计算机一样，只不过所有通信都是有光信号完成。下面简单预测每个配件。

CPU：作为光子计算机核心，它仍然会作为一个独立产品来被开发和研究，至于它的材料应该会是一种存储量大，当规模生产之后会变得相当便宜的物质。

主板：或者说是光信号生成或传送器更加贴切一些，但这个物件可能会消失。在未来主板不再与现在的主板同等重要，因为光信号生成可能会在电源中完成，而光信号传送途径可以简单地透过CPU与其他物件的连接实现。这样主板就不再有存在的理由了。

硬盘与内存：光子计算机中硬盘会完成现在内存和硬盘的工作，内存将消失。现在计算机的原理被改变，处理器直接可以在高速硬盘中读取、运行、处理数据。但现有的光存储器的速度实在不可以实现，因此现在的光储存器在将来只会作为廉价的备份或复制转移设备。新的储存器将会是一种可透光的液态存储器，数据直接纪录在每个原子上，以高速运动的原子实现数据的高速读取，从而取代内存。

显卡与显示器：显卡将会与显示器集成，或消失，现在的液晶显示器是未来显示器的雏形，未来的显示器将会是无点距液态显示器，同样是像现在的显示器一样是超薄显示器，显示器面板上将会有一种受激会发光的物质，以每一原子为发光单位来显示图形，实现无点距显示。

现在未来的台式光子计算机已经基本成行了，其他配件也像现在的PC一样，按自己的需要DIY。未来PC的另一个分支就是未来的PDA，现在PDA已经是一个很好的概念了，只是它现在实在是处于发展的起步，难成气候。在理论上说，只有工艺足够高的话，所有原件都可以集成一块芯片上，于是未来的PDA会从这点出发，也高度集成性和方便携带性而成为PC的另一个分支。说它是PC的一个分支，因为它首先要集成手提电脑的全部功能，它还会集成现在的数码相机、数码摄像机、GPS等的功能，另外它还要实现即时通信功能，如同现在的手机一样。

未来的PDA大小应该比现在的手机小一点点，你可以见到PDA很可能跟现在的手机一样，只有简单的几个按键和一个不太大的彩色屏幕。但不要小看它，它将可以实现手提电脑的全部功能，PDA上将会集成一个投射屏幕投射器，投射屏幕能在空气中、不需要任何其他物品就可以形成影像。PDA可以完全实现声控功能，万一有需要时，它还可以透过投射器显示出来的一个全尺寸键盘，你可以在这个投射键盘上实现键盘输入。

量子计算机

量子计算机是根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作，运用量子信息学，基于量子效应构建的一个完全以量子位（量子比特）为基础的计算机。它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。

量子计算机有自身独特的优点和广阔的发展前景。首先，量子计算机能够进行量子并行计算，理论上可达每秒一万亿次，足够让物理学家去模拟原子爆炸等复杂的物理过程。其次，量子计算机用量子位存储数据。再次，量子计算机具有与大脑类似的容错性，当系统的某部分发生故障时，输入的原始数据会自动绕过损坏或出错部分，进行正常运算，并不影响最终的计算结果。量子计算机不仅运算速度快，存储量大、功耗低，而且高度微型化和集成化。

1982年，美国物理学家费勒曼提出了量子计算机的基本构想。2001年底，美国IBM公司的科学家专门设计的多个分子放在试管内作为7个量子比特的量子计算机，成功地进行了量子计算机的复杂运算。目前正在开发中的量子计算机有核磁共振量子计算机、硅基半导体量子计算机和离子阱量子计算机。据专家预见，再过30年左右，量子计算机将普及，量子计算设备将可以嵌入到任何物体当中去，虽然，目前还很难想象放在口袋中的超高速计算机是什么样子，还有直径只有几十厘米的人造卫星。

生物计算机

生物计算机，即脱氧核糖核酸（DNA）分子计算机，主要由生物工程技术产生的蛋白质分子组成的生物芯片构成，通过控制DNA分子间的生化反应来完成运算。运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。其转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中明显表示出来。上世纪70年代，人们发现DNA处于不同状态时可以代表信息的有或无。DNA分子中的遗传密码相当于存储的数据，DNA分子间通过生化反应，从一种基因代玛转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据，反应后的基因代码相当于输出数据。只要能控制这一反应过程，就可以制成DNA计算机。

生物计算机以蛋白质分子构成的生物芯片作为集成电路。蛋白质分子比电子元件小很多，可以小到几十亿分之一米，而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构，其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复，具有自愈能力。生物计算机具有生物活性，能够和人体的组织有机地结合起来，尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样，植入人体的生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥，成为人脑的辅助装置或扩充部分，并能由人体细胞吸收营养补充能量，成为帮助人类学习、思考、创造和发明的最理想的伙伴。

美国计算机科学家伦纳德·艾德曼已成功研制出一台DNA计算机，他说：“DNA分子本质上就是数学式，用它来代表信息是非常方便的，试管中的DNA分子在某种酶的作用下迅速完成生物化学反应。28.3克DNA的运行速度超过了现代超级计算机的10万倍。”DNA计算机的外形象普通小盒子。有非常薄的玻璃外壳，里面装着肉眼看不见的多层蛋白质,蛋白质间由复杂的晶格连结。这种精巧的蛋白质晶格里是一些生物分子，也就是生物计算机的“集成电路”。专家普遍认为，DNA分子计算机是未来计算机的发展方向之一。