超级电子计算机的进展

三、超级电子计算机的进展

计算机芯片的微型化已接近极限。计算机技术的进一步发展只能寄希望于全新的技术。哪些即将到来的技术有可能会扰乱计算技术的格局，从而引发下一次超级计算技术革命呢？这样的技术至少有三种:光子计算机、生物计算机和量子计算机。

(1)光子计算机。光子计算机可能是这三种新技术中最接近传统的一种。在光子计算技术中，光能够像电一样传送信息，甚至传送效果更好，这也就是电话公司利用光缆进行远距离通信的缘故。光对通信十分有用的原因，在于它不会与周围环境发生相互影响，这是它与电不同的一点。光在长距离内传输要比电子信号快约100倍，光器件的能耗非常低。预计光子计算机的运算速度可能比今天的超级计算机快1 000到10 000倍。1994年，世界上第一台光脑已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多名科学家研制成功，其运算速度比电子计算机快1 000倍。令人遗憾的是，光学组件仍然非常庞大而且笨拙。

(2)生物计算机。与光子计算技术相比，大规模生物计算技术实现起来更为困难，不过其潜力也更大。生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。它利用蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成的生物芯片构成。其性能是由元件与元件之间电流启闭的开关速度来决定的。用蛋白质制造的电脑芯片，它的一个存储点只有一个分子大小，所以它的存储容量可以达到普通电脑的10亿倍。由蛋白质构成的集成电路，其大小只相当于硅片集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只有10～11秒，大大超过人脑的思维速度。生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。生物芯片传递信息时阻抗小，能耗低，且具有生物的特点，具有自我组织自我修复的功能。它可以与人体及人脑结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收营养。

(3)量子计算机。量子力学是第三种有潜力创造超级计算革命的技术。这一概念比光子计算或生物计算的概念出现得晚，但是却具有更大的革命潜力。由于量子计算机利用了量子力学违反直觉的法则，它们的潜在运算速度将大大快于电子计算机。事实上，它们速度的提高差不多是没有止境的。一台具有5 000个左右量子位的量子计算机可以在大约30秒内解决传统超级计算机需要100亿年才能解决的素数问题。2000年，国际商用机器公司(IBM)已研制出世界上第一台量子计算机。这台利用5个原子来作为处理器和存储器的计算机，首次证明了此类装置有可能以明显快于常规计算机的速度来解决某些问题。这台试验机被认为是朝着具有高速度运算能力的新一代计算装置迈出了新的一步。

另外还有DNA计算机。其原理是把双螺旋结构的分子当成一种生物计算机磁带使用(不同的是计算机使用0和1编码，而DNA使用ATCG四个核酸编码)。