光计算机和量子计算机：信息科学的进步

光计算机和量子计算机

光计算机是由光子元件构成的，利用光信号进行运算、传输、存储和信息处理的计算机。光计算机的运算器件、记忆器件和存储设备的工作都是用光学方法来实现的，也就是利用光子代替电子传递信息的计算机。光计算机具有电子计算机的全部功能。但由于光子以每秒30万公里的速度平行传播，是电子运行速度的300倍，所以，光计算机与电子计算机相比，具有以下几个突出特点:

光计算机具有N×N的并行处理能力。光的平行传播性，可以保证成千上万条光同时穿越一块光子元件的不同通道而不会互相干扰。

光计算机计算精度高，运算速度极快。比现行电子计算机运算速度快一千倍。

光的信息携带能力强。光通道携带的信息比电通道多2×10⁴倍，光子存储器能够快速和并行存取数据。(www.xing528.com)

光计算机按工作原理可分为模拟式和数字式两种。模拟式是利用光学图像的二维性直接进行运算，而数字式完全采用电子计算机的技术结构，只是用光子逻辑元件取代电子逻辑元件。在20世纪80年代欧洲就开始研制光计算机，据悉，1984年5月欧洲八所大学联合研制成了世界上第一台光计算机。90年代初美国也研制出了光计算机的模型机。目前，单元的光学逻辑器件、光开关器件、光存储器件已经问世;作为光计算机的外部存储设备的光盘技术已相当成熟。21世纪光计算机的应用将会成为现实。

如果计算机的体积在将来要进一步变小，计算机元件的尺寸也会相应变得非常之小。不过，当计算机微型化发展到一定程度时，就必须用新技术来补充或取代现有的技术。80年代初，经过美国阿贡国家实验室的研究，证明了一台计算机原则上可以以纯粹量子力学的方式运行。由于微小的粒子(如原子)只能以分立的能态存在，当原子从一个能态变到另一个能态时，要吸收或放出光子，而量子波又具有迭加性，一位量子信息只有两种可能情况中的一种，类似于数学的二进制。研究人员利用粒子的自旋转，成功地进行了简单的两位量子的逻辑运算。实验证明可以建立通用量子逻辑门(NOT、COPY、AND)，再通过光纤把这些量子逻辑门连在一起，穿过光纤或单个光子能够把信息位从一个逻辑门运送到另一个逻辑门。这样，在理论上就可以成为一台量子计算机了。

量子计算机是通过使处理数字信息的人们熟知的分立特性与量子力学奇异的分立特性相对应而进行计算的。在量子计算机中半翻转的量子位则开辟了新型计算的途径。量子计算机具有量子并行性和运行速度非常快的特点，它可以用于模拟其他的量子系统，可以用于大数的分解因子。现在量子计算机正在研制实验阶段。