光子技術與光子計算 _知識百科

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。設在德國小鎮耶拿的另外一個實驗室也在使用光開發計算機，這種計算機具有一種能夠像人腦那樣工作的存儲器。這種聯合存儲器可讓計算機執行模式匹配，以及其他一些人腦執行起來容易但是對常規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，并且將比人腦的處理速度快數千倍。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使用。到２０１５年，目前快速發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，對推動著因特網發展的更多數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，而且傳輸的距離也更遠。
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的瓶頸。
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也是有限制的。為了讓更多的數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。為了節約成本，實際的連接數遠遠達不到這個限度。