光计算机

计算机

与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行计算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。

定义

计算机的功率取决于其组成部件的运行速度和排列密度，光在这两个方面都很理想。光子的速度即光速，为每秒30万千米，是宇宙中最快的速度。激光束对信息的处理速度可达现有半导体硅器件的1000倍。1990年，贝尔实验室推出了一台由激光器、透镜、反射镜等组成的计算机，这就是光计算机的雏形。随后，英、法、比、德、意等国的70多名科学家研制成功了一台光计算机，其运算速度比普通的电子计算机快1000倍。光计算机是利用纳米电浆子元件作为核心制造，通过光信号进行信息运算的，这种利用光作为载体进行信息处理的计算机被称为光计算机，又称为光脑。

光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。其基础部件是空间光调制器，并采用光内连技术，在运算部分与存储部分之间进行光连接，运算部分可直接对存储部分进行并行存取。突破了传统的用总线将运算器、存储器、输入和输出设备相连接的体系结构。运算速度极高、耗电极低。

工作原理

光计算机是由光代替电子或电流，实现高速处理大容量信息的计算机。其基础部件是空间光调制器，并采用光内连技术，在运算部分与存储部分之间进行光连接，运算部分可直接对存储部分进行并行存取。突破了传统的用总线将运算器、存储器、输入和输出设备相连接的体系结构。运算速度极高、耗电极低。尚处于研制阶段。

优点

光计算机就是充分利用光的特性，与电的特性相比，它所具有无法比拟的各种优点：

第一，光器件允许通过的光频率高、范围大，也就是所谓的带宽非常大，传输和处理的信息量极大。两束光要发生干涉，必须频率相同，振动方向一致和有不变的初始相位差。因此，同一根光导纤维中能并行地传输很多波长不同或波长相同但振动方向不同的光波，它们之间不会发生干涉。有人计算每边长1.5厘米左右的三棱镜，信息通过能力比全世界现有的全部电话电缆的通过能力还大好多倍。

第二，信息传输中畸变和失真小，信息运算速度高。光和电在介质中传播速度都极快，但光和电不同，光计算机是“无”导线计算机，光在光介质中传输不存在寄生电阻、电容和电感问题，光器件又无接地电位差，因此，传输所造成的信息畸变和失真极小，光器件的开关速度比电子器件快得多。光计算机的运算速度在理论上可达每秒千亿次以上，其信息处理速度比电子计算机要快数百万倍。

第三，光传输和转换时，能量消耗极低。尽管集成电路中的电流十分微弱，但由于集成度的提高，功耗仍然是个大问题，对于巨型计算机，问题更为严重。光计算机却不同，除了激光源需要一定的能量以外。光在传输和转换时，能量消耗却极低。

发展前景

光计算机的出现，将使21世纪成为人机交际的时代；在未来光计算机的运用也非常广泛，特别是在一些特殊领域，比如预测天气，气候等一些复杂而多变的过程；还可应用在电话的传输上。使用光波而不是电流来处理数据和信息对于计算机的发展而言是非常重要的一步；在将来，光计算机将为我们带来更强劲的运算能力和处理速度。甚至会为将来和生物科学等学科的交叉融合打开一扇新的大门。

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