光学

深蓝色的畅想

激光器问世后，科学家们自然而然地想到使用光元素器件来制造光计算机。可是，设计和进展缓慢，一直没有结果。于是，当时世界上的光学权威，美国斯坦福大学的卓泽夫.古德曼教授认为，以最乐观的估计，光计算机的诞生也要迟至21世纪。

　　1986年，美国有名的贝尔实验室发明了用砷化镓制成的光学开关。当然，这种开关不是我们日常使用的机械式扳动开关或揿钮式开关，这种开关实质上是用光脉冲来控制仪器工作或休息的装置。

　　1990年1月底，贝尔实验室向大家展示了一台用光脉冲来计算的实验装置。尽管这台装置跟普通电子计算机中的简单程序处理器一样，但它的问世毕竟说明光计算机的研究，已向前迈进了一大步。

　　电子计算机自诞生后，发展速度是非常快的。由于结构日趋复杂化和高度集成化，于是出现了一系列难以克服的问题。

　　第一个问题是，尽管在电子元器件中传输的是很弱的电流，但随着元器件的高度密集，不仅工作时产生的热量会急剧增加，而且相邻的元件也会彼此干扰。

　　第二个问题是，电子计算机的元器件中，电子的运动速度约为每秒60千米。即便是在砷化镓器件中，电子的运动速度也不会超过每秒500千米。也就是说，电子在导体中最快的运动速度也不及光子流运动速度的10%，这就大大限制了运算速度的提高。而且，当电子计算机的工作频率超过100兆赫，或每秒转换(运算)1亿次时，还会出现一些不正常的情况。

　　第三个问题是，由于计算机的结构和功能日趋复杂化，组成运算电路的电子元件也日益增多。为了在有限的面积上容纳下更多的元件，人们早就将许许多多元件密集起来，做成一个个小方块。这类方块就叫集成块，或叫集成电路。每个集成块是通过身上的插脚，固定在位置上，并与整个电路相连的。超大规模集成块的插脚数目是很多的，而且越来越多，目前最多的已有300只插脚。若于年后，也许会出现有上千个插脚的集成块，它们会占据很大的地盘，以致腾不出足够的宅基来安排它们。

　　随着巨型计算机的出现，这些问题会日益严重。而要解决这些问题，只有将综合功能性的计算机装置逐一分解成许多功能单一的装置，然后再用专门的联接装置将它们一个个地连接起来，但这样一来，计算装置就会变得更加复杂化。

　　如果用激光计算机，就不存在这些棘手的问题了。在光脑中，输送信息的是光子，运动速度相当于光速度(每秒30万千米)，要比电子运动速度快得多。而且，光子携带和传递信息的能力也远远强于电子。

　　目前，美国、日本的不少公司都在不惜巨资研制激光计算机。预计在最近10年内，将开发出超级光计算机，运算速度至少比现有的光计算机快1000倍。