为什么光子计算机比电子计算机先进

 随着科学技术的不断发展，不用电子而选用光子做传递信息的载体， 就有可能制造出性能更优异的计算机。因为用光子做传递信息的载体有许多电子无法比拟的好处。首先光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用。虽然在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，但是它们彼此之间不发生干扰， 千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响。例如，一只 20×20cm2 的光学系统，就能够提供 5×102 条并行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供 108 条信息通道。如果先用光波导传输，光波导也可以相互穿越，但是要它们的交叉角大于 10°左右才不会有明显的交叉耦合。人们把上述的性质又称光信号传输的并行性。其次光子没有静止质量，它既可以真空中传播，也可以在介质中传播，而且传播速度比电子在导线中的传播速度快得多（约 1000 倍），即光子携带信息传递的速度比电子快。最后计算机内的芯片之间用光子互连不受电磁干扰影响，互联的密度可以很高。在自由空间进行互联，每平方毫米面积上的连接线数目可以达到 5 万条，如果用光波导方式互连，可以有 4 万条。所以，采用光子做信息处理载体，就能制造出运算速度极高的计算机，在理论上可以达到每秒 1000 亿次，信息存储量达到 1018 位。人们把这种计算机称作光子计算机。光子计算机是由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备组成。有模拟式与数字式两类的光子计算机。模拟式光子计算机的主要特点是直接利用光学图像的二维性，所以结构比较简单。这种光子计算机现大多用于卫星图片处理和模式识别工作。像美国曾经提出的星球大战计划， 就计划发展这种计算机来识别高速飞行的导弹图像。而数字式光子计算机的结构方案有许多种，其中具有较大开发价值的有两种，一种是采用电子计算机中已经成熟的结构，用光学逻辑元件取代电子逻辑元件，用光子互联代替导线互联。另外一种是全新的，以光学神经网络为基础的结构。在 20 世纪 80 年代制成了光学信息处理机，1990 年数字光处理机获得成功，它由激光器、透镜和棱镜等组成。光子计算机虽然已经成功， 但在功能以及运算速度等方面，还赶不上电子计算机，可是，从长远发展的潜力大小来说，光子计算机显然比电子计算机大得多，特别是在对图像处理、目标识别和人工智能等方面，光子计算机将来发挥的作用远比电子计算机大。不过，实现光子计算机的关键技术之一是激光技术，它需要一种性能特别优良的半导体激光器。