淺談計算機的發展前景

任欣奇

[摘 要：計算機（computer）俗稱電腦，是一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算，又可以進行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備。

關鍵詞：分子計算機；量子計算機]

分子計算機

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質分子與周圍物理化學介質的相互作用過程。轉換開關為酶，而程序則在酶合成系統本身和蛋白質的結構中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環境交換。因此它將在醫療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發揮無法替代的作用。分子芯片體積可比現在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數據。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質分子，所以分子計算機既有自我修復的功能，又可直接與分子活體相聯。

量子計算機

據美國IBM公司科學家伊薩克、張介紹，量子計算機是利用原子所具有的量子特性進行信息處理的一種全新概念的計算機。量子理論認為，非相互作用下，原子在任一時刻都處于兩種狀態，稱之為量子超態。原子會旋轉，即同時沿上、下兩個方向自旋，這正好與電子計算機0與1完全吻合。如果把一群原子聚在一起，它們不會像電子計算機那樣進行的線性運算，而是同時進行所有可能的運算，例如量子計算機處理數據時不是分步進行而是同時完成。只要40個原子一起計算，就相當于今天一臺超級計算機的性能。量子計算機以處于量子狀態的原子作為中央處理器和內存，其運算速度可能比目前的奔騰4芯片快10億倍，就像一枚信息火箭，在一瞬間搜尋整個互聯網，可以輕易破解任何安全密碼，黑客任務輕而易舉，難怪美國中央情報局對它特別感興趣。

光子計算機

1990年初，美國貝爾實驗室制成世界上第一臺光子計算機。

光子計算機是一種由光信號進行數字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。光子計算機的基本組成部件是集成光路，要有激光器、透鏡和核鏡。由于光子比電子速度快，光子計算機的運行速度可高達一萬億次。它的存貯量是現代計算機的幾萬倍，還可以對語言、圖形和手勢進行識別與合成。

目前，許多國家都投入巨資進行光子計算機的研究。隨著現代光學與計算機技術、微電子技術相結合，在不久的將來，光子計算機將成為人類普遍的工具。

光子計算機與電子計算機相比，主要具有以下優點：

超高速的運算速度。光子計算機并行處理能力強，因而具有更高的運算速度。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達3×10^5km/s；此外，光子計算機的運行，對使用環境條件的要求也比電子計算機低得多。

超大規模的信息存儲容量。與電子計算機相比，光子計算機具有超大規模的信息存儲容量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導是可以不需要導線的，而且即使在相交的情況下，它們之間也不會產生絲毫的相互影響。光子計算機無導線傳遞信息的平行通道，其密度實際上是無限的，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力竟是全世界現有電話電纜通道的許多倍。

能量消耗小，散發熱量低，是一種節能型產品。光子計算機的驅動，只需要同類規格的電子計算機驅動能量的一小部分，這不僅降低了電能消耗，大大減少了機器散發的熱量，而且為光子計算機的微型化和便攜化研制，提供了便利的條件。

目前，光子計算機的許多關鍵技術，如光存儲技術、光互連技術、光電子集成電路等都已經獲得突破。光子計算機的問世和進一步研制、完善，將為人類跨向更加美好的明天，提供無窮的力量。

納米計算機

納米計算機是用納米技術研發的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機。“納米”是一個計量單位，一個納米等于10-9米，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術是從20世紀80年代初迅速發展起來的新的前沿科研領域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產品。現在納米技術正從微電子機械系統起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構成一個系統。應用納米技術研制的計算機內存芯片，其體積只有數百個原子大小，相當于人的頭發絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。

生物計算機

20世紀80年代以來，生物工程學家對人腦、神經元和感受器的研究傾注了很大精力，以期研制出可以模擬人腦思維、低耗、高效的第六代計算機——生物計算機。用蛋白質制造的電腦芯片，存儲量可以達到普通電腦的10億倍。生物電腦元件的密度比大腦神經元的密度高100萬倍，傳遞信息的速度也比人腦思維的速度快100萬倍。

神經計算機

其特點是可以實現分布式聯想記憶.并能在一定程度上模擬人和動物的學習功能。它是一種有知識、會學習、能推理的計算機，具有能理解自然語言、聲音、文字和圖像的能力，并且具有說話的能力，使人機能夠用自然語言直接對話，它可以利用已有的和不斷學習到的知識，進行思維、聯想、推理，并得出結論，能解決復雜問題，具有匯集、記憶、檢索有關知識的能力。

參考文獻

[1]360百科.