比速度更速度

有沒有一種計算機能超越目前最快的超級計算機？“光腦”給出了答案。

“光腦”對應(yīng)于電腦而言，是光子計算機的簡稱。光子計算機是一種用光信號進行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存儲和處理的新型計算機。不同于電子計算機對電子的控制，光子計算機的運行依靠激光器、光學(xué)反射鏡、透鏡、濾波器等光學(xué)元件和設(shè)備控制光子，完成光運算。

性能優(yōu)越

用光子充當(dāng)傳遞信息的載體，可以制造出性能比超級計算機快10000倍的“光腦”。

1.并行傳輸

由于目前電子計算機的中央處理器采用串行的處理方式，直接導(dǎo)致其工作時間實際只占總時間的1/3，其余大部分時間用來傳輸數(shù)據(jù)，也就是通常所說的緩存。

本來性能就一般的家用電腦大部分時間用來休息，這不是很氣人嗎？而“光腦”就能解決這一問題，它通過光子進行數(shù)據(jù)傳播，光子彼此之間沒有干擾，齊頭并進。當(dāng)電子排著長隊逐個緩慢通過處理器時，光子已經(jīng)肩并肩地開著光速飛機飛馳而過了。

2.超高速運算

由于光子計算機并行處理能力強，因而具有更高的運算速度。

電子的傳播速度是593km/s，光子的傳播速度卻高達3×105km/s。對于電子計算機來說，電子是信息的載體，它只能通過一些相互絕緣的導(dǎo)線傳導(dǎo)，即使在最佳狀態(tài)下，電子在固體中的運行速度也遠遠不如光速。一旦光子計算機成功問世，將會比現(xiàn)在的超級計算機快1000倍至10000倍。

此外，電子計算機隨著裝配密度的不斷提高，會使導(dǎo)體之間的電磁作用不斷增強，散發(fā)的熱量也逐漸增加，從而制約自身運行速度。而光子計算機就沒有這種煩惱。

3.超大規(guī)模的信息存儲量

與電子計算機相比，光子計算機的另一個優(yōu)勢為超大規(guī)模的信息存儲量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——激光器，且光子的傳導(dǎo)不需要導(dǎo)線，即使在相交的情況下，它們之間也不會產(chǎn)生絲毫干擾。光子計算機無導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其密度實際上是無限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡的信息通過能力竟是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的許多倍。

4.能量消耗小，散發(fā)熱量低

光子計算機是一種節(jié)能型產(chǎn)品，它的驅(qū)動只需同樣規(guī)格的電子計算機驅(qū)動能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機器散發(fā)的熱量，而且為光子計算機的微型化和便攜化研制提供了便利的條件。

靈感來自蝴蝶

正如牛頓從樹上掉下的蘋果中悟出萬有引力定律，開發(fā)“光腦”的靈感也源于大自然。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蝴蝶翅膀漂亮的顏色既不是染料色也不是顏料色，而是一種新奇的色彩——結(jié)構(gòu)色彩。這種結(jié)構(gòu)色彩飽和度高、光澤絢麗且永不褪色。蝴蝶翅膀中特定的周期性結(jié)構(gòu)對光具有調(diào)控性，使某一頻率范圍的波不能在此周期性結(jié)構(gòu)中傳播，繼而被散射回來。人們將這種具有特定周期性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)稱為光子晶體。

類似于電子計算機中半導(dǎo)體元件可以有選擇性地讓電子通過，光子計算機中的光子晶體也可以作為光的開關(guān)，實現(xiàn)“0和1”的邏輯運算。光子計算機中的關(guān)鍵部件激光器就是通過這一原理實現(xiàn)的。

何時“飛入尋常百姓家”

光子計算機已成功被研制并取得了一系列新進展，如來自美國杜克大學(xué)的計算機電子工程師團隊研發(fā)出能實現(xiàn)超快速開關(guān)的LED燈管，每秒鐘開關(guān)900億次的性能使它能取代之前的LED技術(shù)，構(gòu)成光子計算機的硬件基礎(chǔ)。

雖然目前我們使用的仍是電子計算機，但從發(fā)展趨勢來說，“光腦”是最有潛力替代電腦的選手。相信在不久的將來，“光腦”會成為人們?nèi)粘Ｉ畹陌閭H。（據(jù)科普中國）