光計(jì)算機(jī)晨曦初露
據(jù)Gartner Dataquest發(fā)布的一份調(diào)查和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示,目前光計(jì)算機(jī)的許多關(guān)鍵性技術(shù),諸如光的存儲(chǔ)技術(shù)、光存儲(chǔ)器以及各種光集成電路(OIC)等都已取得重大突破,繼電子計(jì)算機(jī)之后將出現(xiàn)新一代的光計(jì)算機(jī)。光計(jì)算機(jī)將在21世紀(jì)大行其道。
電子計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)中期人類最偉大的發(fā)明之一;90年代中期,比電子計(jì)算機(jī)更先進(jìn)的光計(jì)算機(jī)的研究如火如荼。美國(guó)率先推出了世界上第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性光計(jì)算機(jī)(砷化鎵光開關(guān)),其最大特點(diǎn)是用光處理信息,而不是用電。因此,在處理數(shù)據(jù)的功能上要比電子計(jì)算機(jī)大1000多倍,處理信息的速度為每秒10億次。
目前,在光計(jì)算機(jī)研制領(lǐng)域,最引人注目的研究成果是由歐共體和法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)以及意大利等國(guó)60多名科學(xué)家聯(lián)合研發(fā)成功的世界上第一臺(tái)光計(jì)算機(jī),其運(yùn)算速度要比目前速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1000多倍,并準(zhǔn)確無誤。
所謂光計(jì)算機(jī),就是利用光作為信息的傳遞媒體,正如電子計(jì)算機(jī)利用電作為信息的傳遞媒體一樣。光子同電子相比具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：它的速度永遠(yuǎn)等于光速,具有電子所不具備的頻率及偏振等特征,從而使傳載信息的能力大得多。光信號(hào)根本不需要導(dǎo)線,即使在光線交匯時(shí)也不會(huì)互相干擾造成影響。一塊直徑僅2cm的光棱鏡,其通過的信息比特率可以超過全世界現(xiàn)有的全部電纜總和的300多倍。光計(jì)算機(jī)的智能水平也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子計(jì)算機(jī)的智能水平。
光計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)的工作原理不同,電子計(jì)算機(jī)借助電荷在線路中的流動(dòng)來處理各種輸入信息,而光計(jì)算機(jī)則借助激光束進(jìn)入由反射鏡和透鏡組成的陣列中對(duì)信息進(jìn)行處理。光計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)的相似之處在于光計(jì)算機(jī)也是靠產(chǎn)生一系列的邏輯運(yùn)算操作來處理各種輸入信息和解決復(fù)雜的計(jì)算問題的。與電子計(jì)算機(jī)比較,光計(jì)算機(jī)具有一系列的優(yōu)勢(shì)：
一、光計(jì)算機(jī)的并行處理能力特別,具有超高速的運(yùn)算速度,這是電子計(jì)算機(jī)望塵莫及的。由于電子的傳播速度僅為每秒593公里,而光計(jì)算機(jī)中的光子的傳播速度高達(dá)每秒30萬公里,相當(dāng)于電子計(jì)算機(jī)中的電子速度的500多倍;
二、在對(duì)工作環(huán)境的要求方面,超高速的電子計(jì)算機(jī)只能在低溫條件下工作,而光計(jì)算機(jī)在室溫下能夠正常工作;
三、光計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)量特別大;
四、光計(jì)算機(jī)抗干擾能力和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng),對(duì)環(huán)境條件的要求不高,在任何惡劣環(huán)境條件下都可以正常工作;
五、光計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)性強(qiáng),光計(jì)算機(jī)有與人腦相似的容錯(cuò)性,系統(tǒng)中如某一元件遭到損環(huán)或運(yùn)算出現(xiàn)局部錯(cuò)誤時(shí),不會(huì)影響整個(gè)計(jì)算的最后結(jié)果。
在光計(jì)算機(jī)研制中新出現(xiàn)的一種趨勢(shì)是：科學(xué)家獨(dú)辟蹊徑,將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起來做試驗(yàn),以便研制成一種光、電雜交型計(jì)算機(jī),即光電計(jì)算機(jī),它能夠以更快的速度處理各種信息,能夠避免以往巨型計(jì)算機(jī)內(nèi)部過熱的老大難問題。
在研制光計(jì)算機(jī)過程中,科學(xué)家們找到了一種制造高速小型計(jì)算機(jī)的新方法,這種新方法對(duì)傳統(tǒng)的物理學(xué)定律提出了挑戰(zhàn)。美國(guó)加州帕薩迪納航空和宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)和英國(guó)威爾士大學(xué)的科學(xué)家們?nèi)涨鞍l(fā)現(xiàn),“纏結(jié)”在一起的光子對(duì)作為一個(gè)獨(dú)立的單元,其效率為單個(gè)光子的兩倍。借助這種“纏結(jié)”方法,可以使用傳統(tǒng)的激光源生產(chǎn)出高速小型計(jì)算機(jī)的芯片。
在傳統(tǒng)芯片的生產(chǎn)過程中,采用“光描刻術(shù)”讓光子束來“描刻”計(jì)算機(jī)芯片。這些芯片實(shí)際上是由互相連結(jié)的雙位開關(guān)(晶體管)組成的。當(dāng)電流通過晶體管之后,計(jì)算機(jī)便具備了計(jì)算機(jī)功能;將數(shù)以百萬計(jì)的晶體管壓縮排列成為薄型芯片時(shí),電流的流程變短
