你可能不知道,一种比现在的超级计算机强上百倍之余,这就是光子计算机。这个研发方向起源于20世纪60年代激光技术,科学家们将提升计算机的运算速度和容量寄托于光子计算机,根据多年的研究光用于储存数据的表现确实不俗,还有基宇光子技术的彩色激光复印和全息图像。日本佳能公司研发的彩色激光复印机在德国汉诺威博览会上大放异彩,为当场的游客复印美元以及身份证,其逼真程度让在场所有人吃惊。
而全息图像技术是利用小功率光器来产生立体图像,这一项技术目前在工程设计上、医用、保密等领域上开始展露头角,美国麻省理工学院在年通过计算机把数字化的汽车资料变换成幅汽车的各种色视图,再把这些色视图制成全息胶片,用激光从后面一照射,一辆逼真的汽车模型便飘浮在面前的空间,设计师可以从不同的角度予以研究改进。现在许多信用卡公司、银行正在他们的商品上使用全息图像,以防止伪造品。
当然这项技术更为科幻的表现可以参考电影钢铁侠,凭空出现影像还能根据需求变动。这些产品统统都是光子技术的革新。计算机的强大与否主要看两个因素,第一就是计算机部件的运行速度,其二就是它们排列紧密程度。目前的电子计算机利用电子0到1的状态变化,通过这样的二进制运算并处理信息,电子的速度在理论上的是可以接近光速的,但我们的手机电脑里,电子在硅片上运行的速度不到光速的百分之一,而且这是晶体管逐渐接近物理极限的今天。
另外在超大型集成电路中一些片状器件的线脚已达多只,排列密度受到严重的限制,这种水平还是工程师扯光头发才设计出来的。但这样的限制在光面前就不是问题了,因为光可以依靠一小束低功率激光进入由反射镜和透镜组成的光回路来进行“思维”的,同样具有存储、运算和控制等功能。且能够保障互不干扰,如此一来工程师们可以在极小的空间内设计出更多的信息通道,这一想法并不仅仅存在于理论当中,例如贝尔实验室的光学转换器就可以做得很小,以致在不到2毫米直径的器件中,可装入多个通道。光子计算机还有一个优点就是信息量大,一束光可以同时传送数以千计的通道的信息。
目前光子计算机的最新进展其实量子计算机,年年底谷歌就是实现了“量子霸权”仅仅使用了53位的量子芯片解决了一个经典超级计算机需要万才能解开的数学问题。谷歌的量子霸权绝不亚于当年横扫围棋界的阿尔法狗的场景。国内同样也有喜人的消息传出,本源量子在年9月10日发布全球第一个量子计算机应用软件,它是一套量子化学应用系统,主要的功能是模拟计算机化学分子在不同键长下对应的能量,这为化学领域的应用提供基础,协助科研人员探索量子计算应用、推动生物科技研发进程。
此外中国还将计划于年搭建中国第一台量子计算机原型机,而且这台计算机具有全自主知识产权,原型机将搭载6比特超导芯片,技术指标达到IBM在年时的工作水准;同时,原型机将搭载另一款2比特的半导体芯片,这相当于英特尔在年的水准。这一领域目前中美差距大约有3到4年的差距,但这样比现在计算机好很多,不存在什么卡住咽喉的说法。
量子计算机想要达到商用水平有人推测需要经历三个阶段,第一个阶段就是研发原型机,这个阶段基本上已经结束。第二阶段重点在于寻找专用级的芯片,用它来解决特定行业问题。第三阶段就是发展出真正通用量子计算机,外国专业人士预测年这个市场的估值大约是20亿美金,年极有可能市场估值暴增百倍。按照现在的量子计算机来看,它不会代替经典计算机,这是因为量子计算机基宇量子力学特性,可以理解为量子计算机实际上是一个全新的计算机模型。因此量子计算机的研发和使用方面任然需要经典计算机辅助和传递信息。量子计算机其实是和经典计算机一个结合的产物。
量子计算机主要是通过量子叠加原来来实现的,这也意味着量子计算机可以同时进行0和1二进制编码的双路处理。通俗一点就是量子计算机在用两支笔写字,经典计算机是单笔写字。之所以说量子计算机是光子计算机的最新进展是因为量子这个名字包含了多种粒子,其中就包括光子、电子、中子、质子等等。早在年就被美国贝尔实验室就宣布世界上第一台光子计算机,它采用砷化镓光学开关,运算速度达每秒10亿次。但严格意义上来说并不是光子计算机,真正的光子计算机需要开发出可以用一条光束来控制另一条光束变化的光学晶体管这一基础元件。
虽然科研人员可以实现这样的装置,但所需要的条件过去苛刻,而且目前光机计算机遇到的第一个难题就是光源问题,现有的光源要么效率很低要么就是体积超大,如果结构复杂起来根本就无法集成。
相比较经典计算机,光子计算机的特点就是速度快,信息干扰少,可蕴含大量信息等优势,如果和量子计算机相比较的话光子计算机是最有可能普及民用的。当然这个前提是解决集成以及成本问题。