未来计算机展望

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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，对使用环境条件的要求比电子计算机低得多。

作为实验室研究的光子计算机，早在1986年就已研制成功，比当时最快的电子计算机还要快1000倍。1990年初，美国贝尔实验室又成功研制了一台光学数字处理器，向光子计算机的正式研制迈进了一大步。近十几年来，光子计算机的关键技术，如光存储技术、光互联技术、光集成器件等方面的研究都已取得突破性进展，为光子计算机的研制、开发和应用奠定了基础。

量子计算机

量子计算机是根据原子或原子核所具有的量子学特性来工作，运用量子信息学，基于量子效应构建的一个完全以量子位（量子比特）为基础的计算机。它利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。

量子计算机有自身独特的优点和广阔的发展前景。首先，量子计算机能够进行量子并行计算，理论上可达每秒一万亿次，足够让物理学家去模拟原子爆炸等复杂的物理过程。其次，量子计算机用量子位存储数据。再次，量子计算机具有与大脑类似的容错性，当系统的某部分发生故障时，输入的原始数据会自动绕过损坏或出错部分，进行正常运算，并不影响最终的计算结果。量子计算机不仅运算速度快，存储量大、功耗低，而且高度微型化和集成化。

1982年，美国物理学家费勒曼提出了量子计算机的基本构想。2001年底，美国IBM公司的科学家专门设计的多个分子放在试管内作为7个量子比特的量子计算机，成功地进行了量子计算机的复杂运算。目前正在开发中的量子计算机有核磁共振量子计算机、硅基半导体量子计算机和离子阱量子计算机。据专家预见，再过30年左右，量子计算机将普及，量子计算设备将可以嵌入到任何物体当中去，虽然，目前还很难想象放在口袋中的超高速计算机是什么样子，还有直径只有几十厘米的人造卫星。

生物计算机

生物计算机，即脱氧核糖核酸（DNA）分子计算机，主要由生物工程技术产生的蛋白质分子组成的生物芯片构成，通过控制DNA分子间的生化反应来完成运算。运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质相互作用的过程。其转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中明显表示出来。上世纪70年代，人们发现DNA处于不同状态时可以代表信息的有或无。DNA分子中的遗传密码相当于存储的数据，DNA分子间通过生化反应，从一种基因代玛转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据，反应后的基因代码相当于输出数据。只要能控制这一反应过程，就可以制成DNA计算机。

生物计算机以蛋白质分子构成的生物芯片作为集成电路。蛋白质分子比电子元件小很多，可以小到几十亿分之一米，而且生物芯片本身具有天然独特的立体化结构，其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。生物芯片一旦出现故障，可以进行自我修复，具有自愈能力。生物计算机具有生物活性，能够和人体的组织有机地结合起来，尤其是能够与大脑和神经系统相连。这样，植入人体的生物计算机就可直接接受大脑的综合指挥，成为人脑的辅助装置或扩充部分，并能由人体细胞吸收营养补充能量，成为帮助人类学习、思考、创造和发明的最理想的伙伴。

美国计算机科学家伦纳德·艾德曼已成功研制出一台DNA计算机，他说：“DNA分子本质上就是数学式，用它来代表信息是非常方便的，试管中的DNA分子在某种酶的作用下迅速完成生物化学反应。28.3克 DNA的运行速度超过了现代超级计算机的10万倍。” DNA计算机的外形象普通小盒子。有非常薄的玻璃外壳，里面装着肉眼看不见的多层蛋白质,蛋白质间由复杂的晶格连结。这种精巧的蛋白质晶格里是一些生物分子，也就是生物计算机的“集成电路”。专家普遍认为，DNA分子计算机是未来计算机的发展方向之一。