2.2 光子計算機的研究狀況

光學器件是通過光子的運動進行工作的器件，通過調(diào)整光的參數(shù)，比如，相位、偏振、振幅、強度或波長，來制造出光子晶體管、光邏輯元件、光子存儲器件、光子探測器件、光空間調(diào)制器件等功能元器件，如光存儲器件―光學雙穩(wěn)器件發(fā)展也很迅速，有一種半導體量子阱制成的雙穩(wěn)器件，這是很有可能成為光邏輯和光存儲器件的，已經(jīng)制造了光邏輯運算和存儲陣列，它在將有望實現(xiàn)光高速運算。1970年以后，使用非線性闊值特性器件來作邏輯門，使用光雙穩(wěn)器件作存儲器，美國南加州大學(University of Southern California)研制的液晶光閥構(gòu)建了具有組合邏輯結(jié)構(gòu)功能的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種邏輯運算。通過多國的研究者們的努力，一種能夠?qū)⒐夥糯蠛途哂泄忾_關(guān)功能的光晶體管，先后在赫羅特-瓦特大學(Heriot-Watt University)、京都大學(Kyoto University)還有貝爾實驗室制造出來。

2.3 光子計算機中的光器件與光路

電子是電子計算機中信息的傳輸?shù)拿浇�，計算機的部件相互通信利用內(nèi)部或外部連線作為信號傳輸媒介，快信息流在傳輸時就會產(chǎn)生瓶頸阻塞效應(yīng)。改用光子來傳輸信息，就不用考慮瓶頸阻塞效應(yīng)。光子計算機有可能改變目前電子計算機的兩進位制的計算和處理方式，創(chuàng)造出更加豐富的邏輯系統(tǒng)。在光子計算機中，通過光子元件的激光亮度不斷增加而又有間隔，形成光脈沖串，在此基礎(chǔ)上可以創(chuàng)造出更加豐富的邏輯處理系統(tǒng)�？茖W家預(yù)言，將從光學中產(chǎn)生全能的計算方式，光子互連具有高速度、大的時間帶寬和空間帶寬等眾多優(yōu)勢，光路能夠相互交叉通過但互相不受干擾，光互連的方式有自由空間的光互連、光纖和波導互連。根據(jù)集成電路的思想，科學家設(shè)想將多種光電元器件集中做到在一塊芯片上，制造集成光路[7]。隨著集成光路的發(fā)展，從1970年開始，在光學范疇產(chǎn)生了一個叫做集成光學的新興學科[8]。這幾年通過光通信、光交換、光信息處理技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成功開發(fā)了各種各樣的光子集成器件。實現(xiàn)了把光存儲器、光開關(guān)、光源、光波導制做在一塊芯片上的整體系統(tǒng)。研究者把偏振器、濾光片、光放大器、光調(diào)制器、透鏡、棱鏡、光柵、光衰減器等這些光學元件組成薄膜造在一塊母板上，大大縮小了光路所占據(jù)的空間，制成了微集成光路，用來進行光信號高速傳輸與處理，實現(xiàn)了低功耗、高性能、便捷化、高效率[9]。

2.4 光子計算機的特點

把光子作為媒介的光子計算機有這些優(yōu)勢[12]：

(1)非常快的運算處理速度，因為光子的速度是3×10⁸米/秒，電子的速度遠遠低于光子速度，光子計算機的運算處理速度將會比電子計算機快1000倍。

(2)光子器件具有非常寬的時間域帶，光波頻率大約是電信號頻率的104-105倍，以光波為載波，信號帶寬就會展寬，可以達到106兆赫茲-107兆赫茲，將擁有非常多的通道數(shù)量，而且光脈沖極窄，這樣就通過增大數(shù)據(jù)傳輸率實現(xiàn)了大量的高速傳輸。

(3)光子計算機在空間上的域帶寬是非常寬的，信息傳輸與處理能力非常強;一個光波導中并行傳輸許多波長各異或偏振態(tài)有差的光波，彼此可以不受干擾，功能不同的元器件能夠在一個光波導中完成，同時傳輸多種信息。

(4)光子計算機的抗干擾效果非常好，因為光路可以交叉互連。

(5)直接使用光信號進行運算處理，避免了電子計算機將光信號轉(zhuǎn)換成電信號處理然后轉(zhuǎn)換為光信號可能的錯誤，能夠智能識別文字、圖像、手勢和聲音。

(6)信息容量大，沒有時鐘歪斜現(xiàn)象，處理精度高，由于光子速度是3×10⁸米/秒，多種互連長度帶來的延時差極小，不會引起時鐘歪斜。

(7)具有較強的容錯性，光子計算機中單個元件失零，不會影響最后的運算處理。

(8)能夠采用不同進制，運算速度成倍提高。利用光學雙穩(wěn)態(tài)元件進行二進制的光計算，利用多穩(wěn)態(tài)光學元件可以進行四進制計算和三進制計算。