[哈尔滨理工大学光纤通信]光计算机发展展望.ppt

应物06-2曹小奇 返回 应物06-2曹小奇 所谓超导，是指有些物质在接近绝对零度（相当于－269 度）时，电流流动是无阻力的。超导计算机是使用超导体元 器件的高速计算机。 　　这种电脑的耗电仅为用半导体器件制造的电脑所耗电的 几千分之一，它执行一个指令只需十亿分之一秒，比半导体 元件快10倍。以目前的技术制造出的超导电脑用集成电路芯 片只有3～5立方毫米大小。 返回 应物06-2曹小奇 光计算机是利用光作为载体进行信息处理的计算机， 又叫光脑，其运算速度将比普通的电子计算机至少快1000 倍。光脑靠激光束进入由反射镜和透镜组成的阵列中来对 信息进行处理的。 　　 与电脑相似之处是，光脑也靠一系列逻辑操作来处 理和解决问题。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。激光束对信息 的处理速度可达现有半导体硅器的1000倍。光束在一般条 件下的这种互不干扰的特性，使得光脑能够在极小的空间 内开辟很多平行的信息通道，密度大得惊人。一块截面等 于5分硬币大小的棱镜，其通过能力超过全球现有全部电 话电缆的许多倍。 返回 应物06-2曹小奇 生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。 它利用蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成的 生物芯片构成。其性能是由元件与元件之间电流启闭的 开关速度来决定的。 　　用蛋白质制造的电脑芯片，它的一个存储点只有一 个分子大小，所以它的存储容量可以达到普通电脑的10 亿倍。由蛋白质构成的集成电路，其大小只相当于硅片 集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只有10－ 11秒，大大超过人脑的思维速度。生物电脑元件的密度 比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比 人脑思维的速度快. 　　生物芯片传递信息时阻抗小，能耗低，且具有生物 的特点，具有自我组织自我修复的功能。它可以与人体 及人脑结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收营养。 返回 应物06-2曹小奇 科学家研究发现，脱氧核糖核酸（DNA）有一种特性， 能够携带生物体各种细胞拥有的大量基因物质。数学家、 生物学家、化学家以及计算机专家从中得到启迪，正在合 作研制未来的的液体DNA电脑。这种DNA电脑的工作原理 是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用， 将反应过程进行分子编码，把二进制数翻译成遗传密码的 片段，每个片段就是著名的双螺旋的一个链，然后对问题 以新的DNA编码形式加以解答。 　　和普通的电脑相比，DNA电脑的优点首先是体积小， 但存储的信息量却超过现代世界上所有的电脑。它用于存 储信息的空间仅为普通计算机的几兆分之一。其信息可存 储在数以兆计的DNA链中，一升的DNA电脑只需几天时间， 就可以完成迄今为止所有计算机曾经进行过的运算。其次 是最大限量地减少能耗，DNA电脑的能耗，仅为普通电脑 的十亿分之一。再者就是功能的强大，它的每个DNA链可 以各自进行运算，这意味着，DAN计算机能同时“试用” 巨大数量的可能的解决方案。 返回 应物06-2曹小奇 人类神经网络的强大与神奇是人所共知的。将来，人 们在研究人体神经系统结构和功能的神经生物学家及神经 解剖学家的帮助下研制出数学模型，然后制造能够完成类 似人脑功能的计算机系统的人造神经元网络。至此，计算 机将获得真正的人工智能。 　　神经元计算机比较有前途的应用领域是国防。它可以 识别物体和目标，处理复杂的雷达信号，决定需击毁的目 标。神经元计算机的联想式信息存储、对学习的自然适应 性、数据处理中的平行重复现象等性能都将异常地有效快 捷。 返回 应物06-2曹小奇 科学证明，个体光子通常不相互作用，但是当它们与 光学谐振腔内的原子聚在一起时，它们相互之间会产生强 烈影响。光子的这种特性可用来发展利用量子力学效应的 信息处理器件－ 光学量子逻辑门，进而制造量子计算机。 　　在理论方面，量子计算机的性能能够超过任何可以想 象的标准计算机。量子计算机潜在的用途将涉及人类生活 的每一个方面，从工业生产线到公司的办公室，从军用装 备到学生课桌，从国家安全到自动柜员机。 返回 应物06-2曹小奇 现在使用的计算机，一般都是通过计算机键盘或鼠标 器输入指令而工作的，另外还有少部分声控电脑。未来， 电脑能通过分析使用者思维时发出的生物信号来实现人脑 控制。这项技术是从长期被用来诊断大脑疾病的脑电图记 录衍生而来的。 　　目前，研究脑电波控制计算机的一个重大挑战是：如 何使计算机从人脑电波中分辨人的思维是“是”还是“否”。 关键是科学家们目前对脑部细胞就某些思想释放出的电荷 以及它们之间的关联所知甚少。另外，某个信息可能同时 被其他信息所遮盖