第一台光子计算机的实现及其潜力

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，包括激光器、透镜和棱镜。由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达每秒一万亿次。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运用的工具。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。

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、信息存储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，包括激光器、透镜和棱镜。由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达每秒一万亿次。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运用的工具。光子计算机与电子计算机相比，主要具有以下优点：

（1）超高的运算速度。光子计算机的并行处理能力强，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高达3×105km/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的运算速度不断提高，但它的能力还是有限的；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棱镜，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。(www.chuimin.cn)

（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，都已经取得突破，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。

第一台光子计算机的实现及其潜力

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