什么是光子计算机(光子机算机)

什么是光子计算机？

1990年，美国的贝尔实验室推出了一台由激光器、透镜、反射镜等组成的电脑。这就是光子计算机的雏形。光子计算机又叫光脑。电脑是靠电荷在线路中的流动来处理信息的，而光脑则是靠激光束进入由反射镜和透镜组成的阵列来对信息进行处理的。与电脑相似的是，光脑也靠产生一系列逻辑操作来处理和解决问题。

什么是光子计算机

光子计算机

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、信息存贮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，要有激光器、透镜和核镜。

由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次。它的存贮量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。

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)超高速的运算速度。光子计算机并行处理能力强，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达3×10�5km/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运算速度不断提高，但它的能力极限还是有限的；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相互影响。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枚镜，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。

(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获得突破，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。

光子计算机跟电子计算机比有什么优点？

光子计算机是用光子取代电子，进行数据的运算、传输和存储的新型计算机。‘在这类计算机中，不同的数据由不同波长的光来表示。这种方法，远胜于电子计算机利用电子“0”和“1”的状态变化通过进行二进制运算来处理信息。因此，出现复杂度高、计算量大的任务时，光子计算机能够实现快速的并行处理，效率大大超过了电子计算机。据科学家估计，光子计算机将使运算速度呈指数倍地上升。

激光计算机和光子计算机有什么区别?

一、激光计算机。

使用光传递信息代替电传递从而达到比普通计算机快1000倍传输速度的激光计算机。

电子计算机自诞生后，发展速度是非常快的。由于结构日趋复杂化和高度集成化，于是出现了一系列难以克服的问题。

第一个问题是，尽管在电子元器件中传输的是很弱的电流，但随着元器件的高度密集，不仅工作时产生的热量会急剧增加，而且相邻的元件也会彼此干扰。

第二个问题是，电子计算机的元器件中，电子的运动速度约为每秒60千米。即便是在砷化镓器件中，电子的运动速度也不会超过每秒500千米。也就是说，电子在导体中最快的运动速度远不及光子流运动速度，这就大大限制了运算速度的提高。

第三个问题是，由于计算机的结构和功能日趋复杂化，组成运算电路的电子元件也日益增多。为了在有限的面积上容纳下更多的元件，人们早就将许许多多元件密集起来，做成一个个小方块。这类方块就叫集成块，或叫集成电路。每个集成块是通过身上的插脚，固定在位置上，并与整个电路相连的。超大规模集成块的插脚数目是很多的，而且越来越多，已有千余只插脚（如英特尔公司的X79和X99芯片组，就采用了2011根引脚）。若干年后，也许会出现有数千个插脚的集成块，它们会占据很大的地盘，以致腾不出足够的宅基来安排它们。

随着巨型计算机的出现，这些问题会日益严重。而要解决这些问题，只有将综合功能性的计算机装置逐一分解成许多功能单一的装置，然后再用专门的联接装置将它们一个个地连接起来，但这样一来，计算装置就会变得更加复杂化。

如果用激光计算机，就不存在这些棘手的问题了。在光脑中，输送信息的是光子，运动速度等于光速度（每秒30万千米），要比电子运动速度快得多。而且，光子携带和传递信息的能力也远远强于电子。

美国、日本的不少公司都在不惜巨资研制激光计算机。预计在2025年，将开发出超级光计算机，运算速度至少比现有的电子计算机快1000倍。

以激光为基础的计算机能广泛地用来执行一些新任务，例如预测天气、气候等一些复杂而多变的过程。再如，还可以应用在电话的传输上。因为电话信号正在逐步由光导纤维中的激光束来传送，如果用光计算机来处理这些信号，就不必再像现在这样，需要在电话局内将携带声音的光脉冲转变成电脉冲，经电子计算机处理后再转换成光脉冲发送出去。即可以省掉光—电—光的转换过程，直接将携带声音信号的光脉冲加以处理后发送出去，这样，便大大提高了传送效率。

由于激光计算机善于进行大量的运算，所以能高效地直接处理视觉形式、声波形式，以及其他任何自然形式的信息。此外，它还是识别和合成语言、图画和手势的理想工具。这样，光计算机就能以最自然的形式进行人机对话和人机交流。

二、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、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理，以光子代替电子，光运算代替电运算。光的并行、高速，天然地决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。光子计算机还具有与人脑相似的容错性，系统中某一元件损坏或出错时，并不影响最终的计算结果。光子在光介质中传输所造成的信息畸变和失真极小，光传输、转换时能量消耗和散发热量极低，对环境条件的要求比电子计算机低得多。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的工具。

现有的计算机是由电流来传递和处理信息。电场在导线中传播的速度虽然比我们看到的任何运载工具运动的速度都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电流做输运信息载体还不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限了。而光子计算机以光子作为传递信息的载体，光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，利用激光来传送信号，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，从而进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长、频率、偏振态及相位的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制数字化运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在基础上呈指数上升。

三、激光计算机和光子计算机的区别。

激光计算机和光子计算机的区别就是它们的计算方式不一样。

激光计算机是用激光进行计算的。激光是一种最亮的光，也是一种最纯的光，其特点是方向性强，亮度高，颜色纯。

普通光源（如自然光、人造光等）是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的凹面镜，让光源放在凹面镜的焦点上，根据光的反射中光路可逆的原理，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，几乎是平行光。激光计算机也是根据这个原理，用激光进行计算的。

光子计算机是用光子进行计算的。光量子，简称光子，是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。光子静止质量为零。光子以光速运动，并具有速度、能量、动量、质量。当光的质量大于临界质量时，很容易被电子所吸收或散射；当光的质量小于临界质量时，不太容易被电子所吸收，即很容易被电子很快发射掉；而处于临界质量附近的光子较容易被电子吸收，并向不同方向发射，由此而形成靑蓝色的天空。光子计算机是通过光子得出相应的数据，从而得出计算结果的。

光子计算机是靠什么运算的

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。它由激光器、光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备构成，靠激光束进入反射镜和透镜组成的阵列进行信息处理。光的并行、高速，决定了光子计算机的并行处理能力很强，具有超高运算速度。

美国杜克大学研究人员最新研制出超快发光二极管（LED），打破了荧光分子发射光子的速度纪录，是普通级的1000倍，标志着朝实现超快速LED和量子密码学迈出了重要一步。这所大学的工程师通过在金属纳米立方体和黄金膜之间添加荧光分子，加速其光子发射率，使其达到前所未有的水平。

光子计算机的原理是什么？

光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

美国贝尔实验室宣布研制出世界上第一台光学计算机。它采用砷化镓光学开关，运算速度达每秒10亿次。尽管这台光学计算机与理论上的光学计算机还有一定距离，但已显示出强大的生命力。人类利用光缆传输数据已经有20多年的历史了，用光信号来存储信息的光盘技术也已广泛应用。然而要想制造真正的光子计算机，需要开发出可以用一条光束来控制另一条光束变化的光学晶体管这一基础元件。一般说来，科学家们虽然可以实现这样的装置，但是所需的条件如温度等仍较为苛刻，尚难以进入实用阶段。