每當(dāng)講授計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課第一章第四小節(jié)計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)這部分內(nèi)容時(shí)，總會(huì)有很多同學(xué)問(wèn)我：“未來(lái)的計(jì)算機(jī)將會(huì)是什么樣子的？將來(lái)的計(jì)算機(jī)與我們現(xiàn)在所見到的計(jì)算機(jī)會(huì)有什么不同？”等問(wèn)題，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可謂是日新月異，同學(xué)們提出這些問(wèn)題也在情理之中。試想20年前的計(jì)算機(jī)，低像素的“大磚塊”顯示器，橫向放置的主機(jī)箱，如此“丑陋”的模樣�？墒乾F(xiàn)在，我們的工作和生活都離不開計(jì)算機(jī)，同學(xué)們從小學(xué)開始就有微機(jī)課，學(xué)習(xí)基本的計(jì)算機(jī)操作知識(shí)。我們學(xué)校圖書館4-5樓建有多個(gè)微機(jī)室供同學(xué)們上機(jī)練習(xí)使用。所以未來(lái)的計(jì)算機(jī)在外形和功能上還可能有更大的變化，下面我就給大家介紹幾種正在研制的新型計(jì)算機(jī)，不久的將來(lái)它們就將走進(jìn)我們的生活。
第一種：量子計(jì)算機(jī)。
目前，我們使用的計(jì)算機(jī)主要采用半導(dǎo)體材料，而未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)則使用原子的量子態(tài)作為中央處理器和內(nèi)存。原子就是我們?cè)诟咧谢瘜W(xué)里面學(xué)過(guò)的組成物質(zhì)的基本單位，原子可以單獨(dú)形成物質(zhì)，也可以組成較大的分子形成物質(zhì)。量子態(tài)是原子的一種特殊狀態(tài)，處于量子態(tài)的原子具有諸多新特性，科學(xué)家們正是利用這些特性來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)的。
瑞典皇家科學(xué)院將2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予法國(guó)物理學(xué)家塞爾日•阿羅什和美國(guó)物理學(xué)家戴維•瓦恩蘭，以表彰他們?cè)诹孔游锢韺W(xué)方面的卓越研究。正是因?yàn)樗麄冊(cè)诹孔游锢矸矫娴耐怀鲅芯砍晒罅Υ龠M(jìn)了量子計(jì)算機(jī)的研制。
在功能方面，量子計(jì)算機(jī)有很多優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的地方。首先，量子計(jì)算機(jī)的速度非�？臁Ｒ话銇�(lái)說(shuō)，一臺(tái)40位的量子計(jì)算機(jī)用100步就能模擬的系統(tǒng)，用一臺(tái)1萬(wàn)億位的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完成就需要幾年之久。其次，在通信領(lǐng)域，采用量子編碼加密可保證信息的安全性，因?yàn)榱孔铀惴ū黄谱g的可能性幾乎為零。最后，量子計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行大數(shù)的因式分解和復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)所望塵莫及的。
當(dāng)然量子計(jì)算機(jī)也存在一些技術(shù)困難，最大技術(shù)難題是噪音問(wèn)題，即如何在熱噪音不可避免的情況下，使量子計(jì)算機(jī)正常工作。另外，據(jù)目前的研究狀況來(lái)看，絕大多數(shù)量子計(jì)算機(jī)都非常短命。例如，如果一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)一天工作4小時(shí)左右，那么它的壽命將只有可憐的2年，如果工作6小時(shí)以上，恐怕連1年都不行。由此看來(lái)，高能短命的量子計(jì)算機(jī)恐怕離我們的生活還將有一段的距離。
第二種：光子計(jì)算機(jī)
光子計(jì)算機(jī)是一種以光子代替電子進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計(jì)算機(jī)。它以不同波長(zhǎng)的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個(gè)芯片傳送到另一個(gè)芯片。這樣講或許有一些抽象，大家回憶一下高中物理我們學(xué)習(xí)光學(xué)這部分內(nèi)容時(shí)，接觸過(guò)的透鏡（凹凸鏡，三角棱鏡等），還記得做過(guò)的凸鏡聚焦實(shí)驗(yàn)嗎？光子計(jì)算機(jī)就是通過(guò)光的這種反射和折射原理傳輸數(shù)據(jù)的。
由于光子計(jì)算機(jī)用光子作為信息傳遞和存儲(chǔ)的載體，而光子不帶電荷，它們之間不存在電磁場(chǎng)相互作用，幾束光在自由空間中可以平行傳播、相互交叉?zhèn)鞑ィ舜酥g又不發(fā)生干擾，甚至千萬(wàn)條光束可以同時(shí)穿越一只光學(xué)元件而不會(huì)相互影響。這就是光的并行性。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達(dá)3×10^5km/s，正是由于光的這些天然特性，光子計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的處理能力和運(yùn)算速度。
與傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)相比，光子計(jì)算機(jī)還具有超大規(guī)模的信息存儲(chǔ)容量。光子計(jì)算機(jī)具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導(dǎo)不需要導(dǎo)線，即使在相交的情況下，它們之間也不會(huì)產(chǎn)生相互影響。光子計(jì)算機(jī)傳遞信息的平行通道，其密度非常大。例如，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過(guò)能力可以是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的總和。同時(shí)，由于光能耗低，光子計(jì)算機(jī)散發(fā)的熱量很少，這就為光子計(jì)算機(jī)的微型化和便攜化研制提供了便利的條件�？茖W(xué)家們正試驗(yàn)將傳統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)換器和光子結(jié)合起來(lái)，制造一種“雜交”的計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)既能更快地處理信息，又能克服巨型電子計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)部過(guò)熱的難題。
目前，光子計(jì)算機(jī)的研發(fā)與制造已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。巴斯大學(xué)的物理學(xué)家們正在進(jìn)行一個(gè)項(xiàng)目，希望研制出一種光子計(jì)算機(jī)，可以用光子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子來(lái)運(yùn)作。他們采用新型光子晶體光纖作為傳輸器材。項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者Benabid博士說(shuō)：“如果成功，這將是近五十年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的一次革命”。光子計(jì)算機(jī)有可能是將來(lái)最早問(wèn)世的信息計(jì)算機(jī)。
第三種：DNA計(jì)算機(jī)
未來(lái)高性能的計(jì)算機(jī)中最具神秘色彩的當(dāng)數(shù)DNA計(jì)算機(jī)。DNA我們可能都是在生物學(xué)中聽到過(guò)，那科學(xué)家們是怎么把生物學(xué)中的概念應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域呢？原來(lái)在1994年，美國(guó)南加州大學(xué)的阿德勒曼博士用DNA堿基對(duì)序列作為信息編碼的載體，在試管控制酶的作用下，使DNA堿基對(duì)序列發(fā)生反應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算。阿德勒曼博士在《科學(xué)》雜志上公布了DNA計(jì)算機(jī)的理論，便引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。換句話說(shuō)，DNA計(jì)算機(jī)就是利用DNA（生物學(xué)中中脫氧核糖核酸）建立的一種完整的信息技術(shù)形式，以編碼的DNA序列（也就是我們通常意義上計(jì)算機(jī)內(nèi)存）為運(yùn)算對(duì)象，通過(guò)分子生物學(xué)的運(yùn)算操作解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題。
DNA計(jì)算機(jī)的設(shè)想極大地開拓了人們的視野，豐富了人們的想象空間。或許最終人類將會(huì)開發(fā)出實(shí)用的DNA計(jì)算機(jī)。另外，生物傳感器件和存儲(chǔ)器件領(lǐng)域的技術(shù)也在飛速進(jìn)展，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)將會(huì)產(chǎn)生出半導(dǎo)體技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的芯片或原型計(jì)算機(jī)。
以上我簡(jiǎn)單介紹了三種具有代表性的未來(lái)計(jì)算機(jī)研究方向，假期同學(xué)們可以查閱《電腦周刊》和計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)一類的期刊雜志，或者在網(wǎng)上搜索未來(lái)計(jì)算機(jī)的相關(guān)信息閱讀，以便進(jìn)一步了解未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。盡管未來(lái)新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展多種多樣，它們?cè)谛螒B(tài)、功能和操作等方面或許都會(huì)超乎我們的想象，但是可以肯定的一點(diǎn)是，未來(lái)的計(jì)算機(jī)功能將會(huì)更全面，性能會(huì)更穩(wěn)定，更便于操作，與人類的活動(dòng)關(guān)系將會(huì)更密切。
工程技術(shù)系：韓玉會(huì) |
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