雖然每一代計算機在性能上都比前一代強很多，但是研究人員希望利用光來制造一種嶄新的機器。他們的目標是沖破傳統(tǒng)計算機設計的束縛，從而造出一臺不僅勝過當今的巨型計算機而且最終能夠挑戰(zhàn)甚至超過人腦的機器。
這樣一臺計算機將使用一些能夠以光速處理信息的線路取代常規(guī)的電子線路。目前的計算機使用電子傳送信息，但是新線路將使用光子傳遞信息。這種方法有望使計算機的速度增加１００倍，并且光子計算機使用的電能將是電子計算機的百分之一。
德國達姆施塔特大學的科爾內利婭·登茨博士說：“光子運算有著巨大的潛力。光子計算機能夠做常規(guī)計算機無法辦到的事。”她正在負責研究光學技術，這些技術在光子計算機中是必需的。設在德國小鎮(zhèn)耶拿的另外一個實驗室也在使用光開發(fā)計算機，這種計算機具有一種能夠像人腦那樣工作的存儲器。這種聯(lián)合存儲器可讓計算機執(zhí)行模式匹配，以及其他一些人腦執(zhí)行起來容易但是對常規(guī)計算機來說不僅困難而且耗時的任務。
計算機設計師采用光學設計不僅有望建成能夠在其他方面模擬人腦行為的計算機系統(tǒng)，并且將比人腦的處理速度快數(shù)千倍。如果是這樣的話，光電技術也許將為人們帶來真正的人工智能。
有兩個主要的因素決定第一臺光子計算機有望在未來十年內投入商業(yè)使用。到２０１５年，目前快速發(fā)展的硅半導體技術將止步不前，很多研究人員認為，等不到２０１５年基本的物理規(guī)律就會阻礙科學家制造更高性能的芯片。與此同時，對推動著因特網發(fā)展的更多數(shù)據和更快速度的需求，迫使人們采用速度更快的路由器，而采用常規(guī)電子設計的路由器是遠遠無法達到所需速度的。
光子技術目前已成為因特網的基礎。一度是實驗室新奇事物的光纖現(xiàn)在為因特網和電話網絡傳送著幾乎所有的信號。只是在用戶和電話交換局之間才使用電信號。原因是，與老式的電纜相比光纖不僅能夠傳輸多得多的信息，而且傳輸?shù)木嚯x也更遠。
今天，很大一部分因特網設備把光纖中的光信號轉換成電信號，以便這些信號能夠方便地在電纜之間傳送。這一過程限制了這類設備處理數(shù)據的速度，因此工程師正在試圖利用光子本身做更多的事。
德國海因里希—赫茲學院的研究人員已開發(fā)出一種新型的光纖交換器，這種交換器將使新一代的萬億比特網絡成為可能。在這種網絡中，每根光纖的數(shù)據傳輸速度可達每秒鐘１萬億比特，當今網絡的傳輸速度只可能達到這一速度的１／２５。
當前光子研究的很大一部分工作集中在可把微處理器的計算能力與光纖的信息傳輸能力結合在一起的混合設備上。信號在計算機中的傳輸距離與其在因特網通信中的傳輸距離相比是微不足道的，但是即使傳輸距離只有幾厘米，電子的速度也會變成影響傳輸?shù)钠款i。
隨著芯片的速度越來越快，芯片間需要更多的連接以獲得足夠的數(shù)據。僅僅使用電子連接會使提高速度變得非常困難。電子在金屬中的傳輸速度只是光子在空氣中傳播速度的１／１０。當電子在電路板上的導線中移動時，其他因素也會降低電子的速度。
另外一個問題是在一塊硅芯片上連接的導線數(shù)也是有限制的。為了讓更多的數(shù)據傳入或者傳出芯片，計算機設計人員要么必須加快電子的速度（這在目前是不可能的），要么必須把數(shù)據分配到更多的導線中。即使是第二種方法也有其局限性。
芯片一直在變小，在芯片和電路板之間安排多少連接是有限的。目前，這個限度大約是每塊芯片１０００個連接。為了節(jié)約成本，實際的連接數(shù)遠遠達不到這個限度。
如果使用光，就有可能把這個限度擴大９倍。這是計算機設計師的夢想。這樣，不僅信號的傳輸速度加快，而且數(shù)據可分散到更多的連接中，從而達到更快的速度。芯片的表面將排滿激光器，這些激光器把信號發(fā)送到另外一個裝有接收器的芯片上。沒有必要通過光纖把芯片連接起來。把芯片對齊后，光子能夠穿過空氣直接到達下一塊芯片。與完全電子化的計算機不同，這些芯片不是貼在電路板上的，而是安裝在一塊壁板上，所以芯片的整個表面都可安裝激光器和探測器。
光子優(yōu)于電子的另外一個方面是，如果兩束光子的路線相交叉，它們不會相互影響。只是在兩束光子照射到同一個探測器上時，才會有影響。電路板設計要求電路分離，以避免短路，而光束則能夠在計算機里的二維空間或者三維空間中穿行。
通過引進能夠在芯片之間指引光路的裝置，有可能制造出比電子裝置網絡密度大很多倍的網絡。這也是研究人員指望使用光子計算機制造新一代神經網絡的原因。神經網絡模擬大腦中神經元的行為。但是，單純的電子設計無法像大腦細胞那樣形成數(shù)量巨大的神經系統(tǒng)聯(lián)系。把電線換成可導向的光束之后，科學家就能夠朝著模擬大腦行為的方向邁進一步，但是光信號的傳輸速度要比生物電信號的速度快很多倍。
光子技術不會很快就用在一般的臺式計算機中，但對巨型計算機來說則是另外一回事。很多巨型計算機使用一種稱為并行處理的技術，在這種計算機中，成百甚至成千的芯片聯(lián)合處理一項任務。在當前的電子系統(tǒng)中，成問題的是通信速度，而使用一堆激光器就能輕而易舉地解決這個問題。
雖然可合用電子設備和光子設備以解決通信瓶頸，但是信號在兩者之間轉換要花時間。另外，激發(fā)電子開關也需要時間。為了達到最大速度，最好是一個電子設備也不使用。隨著光子在系統(tǒng)內飛行，所有的計算都由它們做出。這些計算機所需的是一種光開關，這種開關要和在硅芯片上的電子開關一樣小。這個問題要靠采用另外一種技術———全息圖來解決。
現(xiàn)有的計算機是由電子來傳遞和處理信息。電場在導線中傳播的速度雖然比我們看到的任何運載工具運動的速度都快，但是，從發(fā)展高速率計算機來說，采用電子做輸運信息載體還不能滿足快的要求，提高計算機運算速度也明顯表現(xiàn)出能力有限了。而光子計算機以光子作為傳遞信息的載體，光互連代替導線互連，以光硬件代替電子硬件，以光運算代替電運算，利用激光來傳送信號，并由光導纖維與各種光學元件等構成集成光路，從而進行數(shù)據運算、傳輸和存儲。在光子計算機中，不同波長、頻率、偏振態(tài)及相位的光代表不同的數(shù)據，這遠勝于電子計算機中通過電子“0”、“1”狀態(tài)變化進行的二進制運算，可以對復雜度高、計算量大的任務實現(xiàn)快速的并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎上呈指數(shù)上升。
會員中心
