2.2 光子計(jì)算機(jī)的研究狀況

光學(xué)器件是通過光子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行工作的器件，通過調(diào)整光的參數(shù)，比如，相位、偏振、振幅、強(qiáng)度或波長(zhǎng)，來制造出光子晶體管、光邏輯元件、光子存儲(chǔ)器件、光子探測(cè)器件、光空間調(diào)制器件等功能元器件，如光存儲(chǔ)器件―光學(xué)雙穩(wěn)器件發(fā)展也很迅速，有一種半導(dǎo)體量子阱制成的雙穩(wěn)器件，這是很有可能成為光邏輯和光存儲(chǔ)器件的，已經(jīng)制造了光邏輯運(yùn)算和存儲(chǔ)陣列，它在將有望實(shí)現(xiàn)光高速運(yùn)算。1970年以后，使用非線性闊值特性器件來作邏輯門，使用光雙穩(wěn)器件作存儲(chǔ)器，美國(guó)南加州大學(xué)(University of Southern California)研制的液晶光閥構(gòu)建了具有組合邏輯結(jié)構(gòu)功能的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種邏輯運(yùn)算。通過多國(guó)的研究者們的努力，一種能夠?qū)⒐夥糯蠛途哂泄忾_關(guān)功能的光晶體管，先后在赫羅特-瓦特大學(xué)(Heriot-Watt University)、京都大學(xué)(Kyoto University)還有貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來。

2.3 光子計(jì)算機(jī)中的光器件與光路

電子是電子計(jì)算機(jī)中信息的傳輸?shù)拿浇�，�?jì)算機(jī)的部件相互通信利用內(nèi)部或外部連線作為信號(hào)傳輸媒介，快信息流在傳輸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生瓶頸阻塞效應(yīng)。改用光子來傳輸信息，就不用考慮瓶頸阻塞效應(yīng)。光子計(jì)算機(jī)有可能改變目前電子計(jì)算機(jī)的兩進(jìn)位制的計(jì)算和處理方式，創(chuàng)造出更加豐富的邏輯系統(tǒng)。在光子計(jì)算機(jī)中，通過光子元件的激光亮度不斷增加而又有間隔，形成光脈沖串，在此基礎(chǔ)上可以創(chuàng)造出更加豐富的邏輯處理系統(tǒng)。科學(xué)家預(yù)言，將從光學(xué)中產(chǎn)生全能的計(jì)算方式，光子互連具有高速度、大的時(shí)間帶寬和空間帶寬等眾多優(yōu)勢(shì)，光路能夠相互交叉通過但互相不受干擾，光互連的方式有自由空間的光互連、光纖和波導(dǎo)互連。根據(jù)集成電路的思想，科學(xué)家設(shè)想將多種光電元器件集中做到在一塊芯片上，制造集成光路[7]。隨著集成光路的發(fā)展，從1970年開始，在光學(xué)范疇產(chǎn)生了一個(gè)叫做集成光學(xué)的新興學(xué)科[8]。這幾年通過光通信、光交換、光信息處理技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成功開發(fā)了各種各樣的光子集成器件。實(shí)現(xiàn)了把光存儲(chǔ)器、光開關(guān)、光源、光波導(dǎo)制做在一塊芯片上的整體系統(tǒng)。研究者把偏振器、濾光片、光放大器、光調(diào)制器、透鏡、棱鏡、光柵、光衰減器等這些光學(xué)元件組成薄膜造在一塊母板上，大大縮小了光路所占據(jù)的空間，制成了微集成光路，用來進(jìn)行光信號(hào)高速傳輸與處理，實(shí)現(xiàn)了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。

2.4 光子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

把光子作為媒介的光子計(jì)算機(jī)有這些優(yōu)勢(shì)[12]：

(1)非�？斓倪\(yùn)算處理速度，因?yàn)楣庾拥乃俣仁?×10⁸米/秒，電子的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光子速度，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理速度將會(huì)比電子計(jì)算機(jī)快1000倍。

(2)光子器件具有非常寬的時(shí)間域帶，光波頻率大約是電信號(hào)頻率的104-105倍，以光波為載波，信號(hào)帶寬就會(huì)展寬，可以達(dá)到106兆赫茲-107兆赫茲，將擁有非常多的通道數(shù)量，而且光脈沖極窄，這樣就通過增大數(shù)據(jù)傳輸率實(shí)現(xiàn)了大量的高速傳輸。

(3)光子計(jì)算機(jī)在空間上的域帶寬是非常寬的，信息傳輸與處理能力非常強(qiáng);一個(gè)光波導(dǎo)中并行傳輸許多波長(zhǎng)各異或偏振態(tài)有差的光波，彼此可以不受干擾，功能不同的元器件能夠在一個(gè)光波導(dǎo)中完成，同時(shí)傳輸多種信息。

(4)光子計(jì)算機(jī)的抗干擾效果非常好，因?yàn)楣饴房梢越徊婊ミB。

(5)直接使用光信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，避免了電子計(jì)算機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)處理然后轉(zhuǎn)換為光信號(hào)可能的錯(cuò)誤，能夠智能識(shí)別文字、圖像、手勢(shì)和聲音。

(6)信息容量大，沒有時(shí)鐘歪斜現(xiàn)象，處理精度高，由于光子速度是3×10⁸米/秒，多種互連長(zhǎng)度帶來的延時(shí)差極小，不會(huì)引起時(shí)鐘歪斜。

(7)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，光子計(jì)算機(jī)中單個(gè)元件失零，不會(huì)影響最后的運(yùn)算處理。

(8)能夠采用不同進(jìn)制，運(yùn)算速度成倍提高。利用光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)元件進(jìn)行二進(jìn)制的光計(jì)算，利用多穩(wěn)態(tài)光學(xué)元件可以進(jìn)行四進(jìn)制計(jì)算和三進(jìn)制計(jì)算。