| 摘要：早在上个世纪，在电子计算机刚刚兴起的时候，IT业界的很多科学家们就已经提出了光计算机的概念，所谓光计算机顾名思义，就是利用光线来进行高效计算的一类计算设备，这种设备相比传统的计算机设备来说，具有很多更加显著的优势。 |
早在上个世纪，在电子计算机刚刚兴起的时候，IT业界的很多科学家们就已经提出了光计算机的概念，所谓光计算机顾名思义，就是利用光线来进行高效计算的一类计算设备，这种设备相比传统的计算机设备来说，具有很多更加显著的优势。
光计算是具有并行性的，也就是我们平时所说的并行计算之类的计算形式，这种计算机能够在一个时间段内同时进行多路同时计算的动作，对于整个计算的过程和结果也互不干扰，这种使光路在空间当中交叉互不干扰的模式能够让用户的计算速度变得更快，计算结果变得更加精准。这对于传统的利用电路的计算机设备来说是很难做到的。
同时，相比传统的计算设备来说，光计算机在使用功耗、信道密度、容错性等诸多方面都比传统的计算设备略胜一筹。此外，值得一提的是，传统的数字计算机利用的是逻辑门和0101的信息来对数据进行处理和运算的，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，叫做模拟计算机。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。
光计算机在图像处理领域早已实践
很多业内的科学家曾经在很多著作当中都曾提到，比如像“卷积”这类相关计算都是由数字计算机来进行计算傅里叶变换的，这种过程对于计算量的消耗是非常大的，这就是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。
在上个世纪，光模拟计算类型的设备被发明出来之后，就很快被应用在了图像识别、图像处理等领域，据说美国之前提出的星球大战计划也是打算发展这种计算机设备来提高计算机的识别度，从而提升飞行导弹的图像质量。但这种计算机的应用面相对较窄，大众更需要的是集成化的、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成为一纸空谈。
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解决。
科学家已成功克服光速处理数据障碍
一个俄罗斯物理学家团队已经想到了防止光子计算机的一个关键部件过热的方法，这意味着人类和光速处理数据之间的最大障碍已经被克服了。我们只需要在微处理器中将电子替换为光子，就能够将计算机的运行速度提升数万倍。
这个问题就是众所周知的“冯诺依曼瓶颈”，如果处理器从内存中提取信息的速度达到了某个极限，那就意味着，我们再开发速度更快的基于电子计算机系统的处理器已经没有什么意义。用光子代替电子的想法听起来很简单，但实际上并不是那么一回事。虽然用光运行计算机能够有效地加快我们传输数据的速度，但是硅芯片仍然需要将光子转换成电子来进行数据处理。这意味着整个传输过程还是要被减慢速度，另外，系统会在转换的过程中消耗大量额外的能量，这使得它的效率甚至比我们一开始就使用电子还要低很多。
我们为什么需要光计算机?
在高中的物理课当中老师就曾经告诉过我们，沿着导线传播的信号最终会逐渐减弱，直至消失。这种情况在计算机中同样存在，计算机内部的组件，甚至整个数据中心都是通过铜线连接在一起的，而据统计，供给电脑的80%电量会损耗在铜线上。
光能够携带比电缆多得多的数据，同时传输光子需要的能量比电能要少。光纤网络就是利用了这个原理，而将来可能会取代WiFi的LiFi也是。随着电缆越来越细，信号频率越来越高，从某种意义上说，存在限制数据传输速度的屏障，因为产生的过多的热量最终可能会烧毁处理器。光学计算就不存在这个问题，铜导线能够以每秒20千兆的速度传输数据，而基于光学的却没有上限。
编辑的话
通过光计算机在近些年的不断发展，已经让我们能够看到了很多领域，尤其是科研、国防、信息等领域的快速发展和应用，光学计算机的快速发展也在这个大数据和云计算时代当下带给我们一种全新的体验。
责任编辑：DJ编辑
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