有沒(méi)有一種計(jì)算機(jī)能超越目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)？“光腦”給出了答案。

“光腦”對(duì)應(yīng)于電腦而言，是光子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱。光子計(jì)算機(jī)是一種用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存儲(chǔ)和處理的新型計(jì)算機(jī)。不同于電子計(jì)算機(jī)對(duì)電子的控制，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)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(yùn)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(jí)計(jì)算機(jī)快10000倍的“光腦”。

1.并行傳輸

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

本來(lái)性能就一般的家用電腦大部分時(shí)間用來(lái)休息，這不是很氣人嗎？而“光腦”就能解決這一問(wèn)題，它通過(guò)光子進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，光子彼此之間沒(méi)有干擾，齊頭并進(jìn)。當(dāng)電子排著長(zhǎng)隊(duì)逐個(gè)緩慢通過(guò)處理器時(shí)，光子已經(jīng)肩并肩地開(kāi)著光速飛機(jī)飛馳而過(guò)了。

2.超高速運(yùn)算

由于光子計(jì)算機(jī)并行處理能力強(qiáng)，因而具有更高的運(yùn)算速度。

電子的傳播速度是593km/s，光子的傳播速度卻高達(dá)3×105km/s。對(duì)于電子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，電子是信息的載體，它只能通過(guò)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(yùn)行速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如光速。一旦光子計(jì)算機(jī)成功問(wèn)世，將會(huì)比現(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1000倍至10000倍。

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

3.超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)量

與電子計(jì)算機(jī)相比，光子計(jì)算機(jī)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)為超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)量。光子計(jì)算機(jī)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(huì)產(chǎn)生絲毫干擾。光子計(jì)算機(jī)無(wú)導(dǎo)線傳遞信息的平行通道，其密度實(shí)際上是無(wú)限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡的信息通過(guò)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(jì)算機(jī)是一種節(jié)能型產(chǎn)品，它的驅(qū)動(dòng)只需同樣規(guī)格的電子計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機(jī)器散發(fā)的熱量，而且為光子計(jì)算機(jī)的微型化和便攜化研制提供了便利的條件。

靈感來(lái)自蝴蝶

正如牛頓從樹(shù)上掉下的蘋果中悟出萬(wàn)有引力定律，開(kāi)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(duì)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(lái)。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(jì)算機(jī)中半導(dǎo)體元件可以有選擇性地讓電子通過(guò)，光子計(jì)算機(jī)中的光子晶體也可以作為光的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)“0和1”的邏輯運(yùn)算。光子計(jì)算機(jī)中的關(guān)鍵部件激光器就是通過(guò)這一原理實(shí)現(xiàn)的。

何時(shí)“飛入尋常百姓家”

光子計(jì)算機(jī)已成功被研制并取得了一系列新進(jìn)展，如來(lái)自美國(guó)杜克大學(xué)的計(jì)算機(jī)電子工程師團(tuán)隊(duì)研發(fā)出能實(shí)現(xiàn)超快速開(kāi)關(guān)的LED燈管，每秒鐘開(kāi)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(jì)算機(jī)的硬件基礎(chǔ)。

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