比超級計算機快10000倍 光腦離我們有多遠？

光計算機，俗稱「光腦」。上世紀，早在電子計算機剛剛興起之時，科學家便提出了光子計算機的概念。這是因為利用光進行計算，比用電子計算有許多優點。

例如大家所熟悉的，光計算有並行性，即可以多路同時計算，結果互不干擾。這使得光路可以在空間中交叉卻互不影響。在這一點上，電路難以做到。此外還有功耗低、信道密度高、容錯性好之類的優點。

另外，光在模擬計算領域，還有著獨一無二的優勢。通常我們所理解的計算機是指數字計算機，即利用邏輯門和0101的信息來進行計算。但實際上除了數字計算機，還有一類不依賴邏輯門的計算機，叫作模擬計算機。

電子式的模擬計算機直接利用電壓和電流進行計算，目的是得到一個可供測試或實驗的數值解，而不是解析解或準確解。此類計算機大家很陌生，是因為其往往應用於工業、實驗和科研領域，普通商用和家用計算機一般都是數字計算機。

在模擬運算領域，光有著獨特的「上帝演算法」。例如，在許多領域需要運用傅里葉變換相關的計算，如卷積。數字計算機來計算傅里葉變換是非常消耗計算量的，這使得一些需要運用傅里葉變換作為基礎運算的演算法往往很耗時，如圖像處理領域。而光通過透鏡的過程，本身就是一次傅里葉變換的過程，這個過程幾乎完全不需要時間。

早在上世紀，以光模擬計算為基礎的計算機就已被發明出來，並在圖像識別、圖像處理等領域使用，甚至據說美國以前提出的星球大戰計劃，就打算髮展這種計算機來識別高速飛行的導彈圖像。

但這種計算機的應用面相對較窄，大眾更需要的是集成化、能夠處理各種運算的數字式計算機。在這方面，光子計算機有著巨大的障礙。

在空間中利用光實現邏輯門並非不可能，將透鏡、反射鏡、稜鏡、濾波器、光開關等器件加以設計組合，的確可以實現一些數字式計算的功能。事實上，早在上個世紀，這樣的光計算機就已問世。但光學元器件的體積往往較大，光路縮小尚且困難，更別提要集成到晶元級別。這使得光計算機大規模替代電子計算機在目前還不可能。

這些暫時無法消除的障礙讓大家冷靜下來。因此科學家逐漸將精力轉向挖掘電子計算機潛力或研究量子計算機等方面，全光計算機研究的熱度稍減。也有科學家提出，其實不必拘泥於晶元級別的全光計算機，可以在仍然使用半導體晶元的基礎上，將外圍電子設備逐步更換為光子設備，大力發展光互連技術，直至實現晶元內的光互連，即製成全光晶元。

隨著加工技術的發展和材料學的進步，近十年來，光子計算機的熱度又有了明顯提高。尤其是微納米加工技術的進步，使得橫亘在光子計算機面前的一些阻礙得到了化解。

必須指出的是，許多新聞媒體總是喜歡用聳人聽聞的標題，類似於「光腦將面世」之類的詞語，讓大家盲目樂觀。實際上就像表面波邏輯門一樣，只是科學家又解決了一個關鍵性的問題而已，而這樣的問題還有很多。因此近幾年光計算機是不可能大規模應用，甚至取代電子計算機的，我們離家用的光計算機還有很遠的距離。

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