光计算机,俗称“光脑”。上世纪,早在电子计算机刚刚兴起之时,科学家便提出了光子计算机的概念。这是因为利用光进行计算,比用电子计算有许多优点。
例如大家所熟悉的,光计算有并行性,即可以多路同时计算,结果互不干扰。这使得光路可以在空间中交叉却互不影响。在这一点上,电路难以做到。此外还有功耗低、信道密度高、容错性好之类的优点。
另外,光在模拟计算领域,还有着独一无二的优势。通常我们所理解的计算机是指数字计算机,即利用逻辑门和0101的信息来进行计算。但实际上除了数字计算机,还有一类不依赖逻辑门的计算机,叫作模拟计算机。
电子式的模拟计算机直接利用电压和电流进行计算,目的是得到一个可供测试或实验的数值解,而不是解析解或准确解。此类计算机大家很陌生,是因为其往往应用于工业、实验和科研领域,普通商用和家用计算机一般都是数字计算机。
在模拟运算领域,光有着独特的“上帝算法”。例如,在许多领域需要运用傅里叶变换相关的计算,如卷积。数字计算机来计算傅里叶变换是非常消耗计算量的,这使得一些需要运用傅里叶变换作为基础运算的算法往往很耗时,如图像处理领域。而光通过透镜的过程,本身就是一次傅里叶变换的过程,这个过程几乎完全不需要时间。
早在上世纪,以光模拟计算为基础的计算机就已被发明出来,并在图像识别、图像处理等领域使用,甚至据说美国以前提出的星球大战计划,就打算发展这种计算机来识别高速飞行的导弹图像。
但这种计算机的应用面相对较窄,大众更需要的是集成化、能够处理各种运算的数字式计算机。在这方面,光子计算机有着巨大的障碍。
在空间中利用光实现逻辑门并非不可能,将透镜、反射镜、棱镜、滤波器、光开关等器件加以设计组合,的确可以实现一些数字式计算的功能。事实上,早在上个世纪,这样的光计算机就已问世。但光学元器件的体积往往较大,光路缩小尚且困难,更别提要集成到芯片级别。这使得光计算机大规模替代电子计算机在目前还不可能。
这些暂时无法消除的障碍让大家冷静下来。因此科学家逐渐将精力转向挖掘电子计算机潜力或研究量子计算机等方面,全光计算机研究的热度稍减。也有科学家提出,其实不必拘泥于芯片级别的全光计算机,可以在仍然使用半导体芯片的基础上,将外围电子设备逐步更换为光子设备,大力发展光互连技术,直至实现芯片内的光互连,即制成全光芯片。
随着加工技术的发展和材料学的进步,近十年来,光子计算机的热度又有了明显提高。尤其是微纳米加工技术的进步,使得横亘在光子计算机面前的一些阻碍得到了化解。
必须指出的是,许多新闻媒体总是喜欢用耸人听闻的标题,类似于“光脑将面世”之类的词语,让大家盲目乐观。实际上就像表面波逻辑门一样,只是科学家又解决了一个关键性的问题而已,而这样的问题还有很多。因此近几年光计算机是不可能大规模应用,甚至取代电子计算机的,我们离家用的光计算机还有很远的距离。
关键字:光计算机 量子计算机
引用地址:
代表未来的不是量子计算机,光计算机才是?
推荐阅读最新更新时间:2024-05-03 00:18
可“商用”量子计算机问世,IBM开发出的最强大量子处理器
众所周知,量子计算机依据一套完全不同于经典计算机的量子力学法则运行。经典计算机中的比特为0或1,基于此进行二进制运算。在神奇的“叠加态”加持下,量子比特却可以同时是0和1,正如薛定谔那只著名的又生又死的猫。在理想状态下,50个量子比特一次可以进行2的50次方次运算,这已经是个天文数字。 换言之,超导量子计算系统通常需要更多的量子比特来保护用于计算的量子比特,量子比特的质量与数量同样重要。正因如此,谷歌虽然早在2018年3月就发布过一款由72比特组成的量子处理器,但当时并未突破量子霸权。 此外,美国IBM公司和一些初创企业也在提供所谓的量子计算服务,但它们只能在特定问题上表现出相对于一般计算机的优势,无法击败最强超算。
[嵌入式]
量子计算机首次识别出单个核苷酸
利用量子计算机鉴定单分子示意图。图片来源:大阪大学 日本科学家使用量子计算机,将单磷酸腺苷核苷酸与其他3种核苷酸分子区分开来,这是量子计算机首次应用于单分子测量,证明了其在基因组分析中大有潜力。最新研究有望使超快速基因组分析在药物发现、癌症诊断和传染病研究等领域大显身手。相关论文刊发于最新一期《物理化学杂志B》杂志。 在人类基因组的几十亿个核苷酸对中,一个核苷酸出现变化就可能导致严重的疾病。因此,快速可靠地读取DNA序列的能力(DNA测序技术)对于一些紧急的护理决策至关重要,也是个性化医学和疾病诊断的核心。但即使是最快的DNA测序技术目前也需要数小时或数天才能读取完整的序列。 对经典计算机来说,基因组分析仍是一大挑战。因量子
[医疗电子]
IBM公布量子计算机蓝图,目标:100万个量子比特
据美国《科学》杂志网站15日报道,近日,IBM公司公布了其量子计算机发展路线图,包括到2023年建造一台包含1000个量子比特的量子计算机。 据了解,IBM的新计划还包括在2021年和2022年分别建造包含127个和433个量子比特的中型量子计算机,并计划未来某一天创建出包含100万个量子比特的量子计算机。 去年9月,IBM曾宣布,将推出53量子比特的可“商用”量子计算机,向外部用户开放使用。据当时的新华社报道,IBM表示,这是该公司迄今开发的最强大的量子计算系统。 值得一提的是,据科技日报报道,今年4月,谷歌量子人工智能实验室主任哈特穆特·奈文在一次采访中表示,谷歌计划在10年内建造一台容纳100万个量子比特的
[嵌入式]
东芝发明双通道传感耦合器 推动更快、更准确的超导量子计算机的到来
东芝公司的研究人员在量子计算机结构方面取得了突破性进展:双通道传感耦合器的基本设计,将提高可调谐耦合器的量子计算速度和准确性。该耦合器是决定超导量子计算机性能的一个关键装置。超导量子计算机中的可调谐耦合器负责连接两个量子比特,并通过打开和关闭它们之间的耦合来进行量子计算。 目前的技术可以关闭频率接近的超导量子比特的耦合,但这容易造成串扰、形成误差,当其中一个量子比特被电磁波照射进行控制时,就会出现串扰误差。此外,目前的技术无法完全关闭频率明显不同的量子比特的耦合,从而又导致因残余耦合而产生误差。 东芝公司最近设计了一种双传感耦合器,可以完全开启和关闭频率明显不同的量子比特之间的耦合。完全打开可以实现强耦合的高速量子计算的
[传感器]
谷歌重大突破:量子计算机或真可行
网易科技讯 12月10日消息,据Engadget UK网站报道, 本周三谷歌宣布在量子计算领域取得了突破性进展。公司认为他们发现了一个量子算法可以以比传统过程快1亿倍的速度解决问题。一旦被证实,这项发现不仅将导致类似iRobot的人工智能的发展,还能促进美国太空项目的研发。
2013年谷歌和美国宇航局共同研发了D-Wave X2 计算系统,这个D-Wave应该是世界上第一个功能正常的量子计算机,尽管公司内外的专家从未总结性的证明这台机器真正进行了量子计算,而现在这已经成为过去式。
本周三谷歌的宣布主要关注于“量子退火”算法,这种技术确定了当面临一系列潜在解决方案时,一个特定函数的全局极小值。通俗来说,就是当给定一
[手机便携]
量子计算机商业化前景逐渐明朗
量子计算机 的商业化前景正在逐渐明朗。谷歌和IBM在量子计算机 领域的角逐将进一步推动量子计算在人工智能等方面的应用。 下面就随测试测量小编一起来了解一下相关内容吧。 IBM的雄心 IBM近日宣布了 量子计算机 的商业化方案,希望更多研究人员能够使用其在线量子计算系统。这台量子计算机位于纽约,去年5月开始投入运行。未来,这台量子计算机有望在更多领域发挥用途,比如发现新材料和新药物,以及让人工智能变得更强大。 已经有超过4万用户使用了IBM的这台量子计算机,并在上面运行过27.5万个实验。IBM科学家JerryChow博士表示:“虽然这台计算机目前的功能和普通的笔记本电脑好像没有区别,但是这仅仅是量子计算机的第一
[测试测量]