光脑

美国哈佛大学的科学家在2006年宣布,用超低温原子来“冷冻”并控制光线,就能构成光学电脑的“心脏”――中央处理器(CPU)。光脑以比传统电子设备快10倍的数据传输速度,一举冲破了硅技术的速度极限。

这项研究是利用光线代替电子进行信息处理的超速电脑开发方案的重大突破。作为全球“慢光”研究的权威之一,哈佛大学的Lene Hau教授领导的研究小组由于能有效降低光线速度而闻名世界。他们用一种含有超低温钠原子团的设备,把光速由每秒30万千米(真空中的光速)降低到自行车的正常骑行速度,甚至成功地“冻结”了光线。Hau说,这项技术可用来制作下一代光学电脑的存储设备。

Hau最新的一个研究项目是直接针对光学电脑的相关技术开发。她通过计算证明,一种称为玻色―爱因斯坦凝聚(BEC)的超低温原子团,可用于光线的“可控连贯数据处理”。在普通物质中,光脉冲的振幅和相位都会逐渐变淡,储存的一切信息随之损坏。而Hau博士的“慢光”实验研究证明,在BEC中光线的这些属性都被保留下来,而这样的设备终有一天能“进化”成光学电脑的CPU。

随着技术发展,传统电子计算机的体积和速度不断逼近理论上限,“集成电路集成度每18个月翻一番”的摩尔定律终将难以为继。不少科学家相信,总有一天光学电脑将凭借其更小的体积、更快的速度,带来一场新的技术革命。

光脑是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。它不像普通电脑靠电子在线路中的流动来处理信息,而是靠一小束低功率激光进入由反射镜和透镜组成的光回路来进行“思维”的,但同样具有存储、运算和控制等功能。

计算机的“本领”大小,主要决定于两个因素:一是计算机部件的运行速度;二是它们的排列紧密程度。在电磁波里面,光比现在计算机内部的工作频段要高得多,可以携带更多的信息,且传播损耗较小,这使得光通信系统吞吐率极高,能耗极少。另外,超大型集成电路中,一些片状器件的线脚已达300多只,排列密度受到限制。而光束可以相互穿越,互不干扰,这使得科学家能够在极小的空间内开辟很多的信息通道。例如,贝尔实验室的光学转换器就可以做得很小,以致在不到2毫米直径的器件中,可装入2000多个通道。

从理论上讲,光脑的运算速度比现代的电脑还要快上千倍;其次,光脑器件还有信息量大的优点,一束光可以同时传送数以千计的通道的信息。然而,光脑的制造在理论上和技术上还有许多问题没有解决。作为第一步,科学家利用光脑驱动能量小的特点,把电子转换器同光结合起来,制造一种光与电“杂交”的计算机。

关于光脑,人们对它也许还很陌生,但制造光脑的尝试,科学界早在上个世纪50年代就开始了,直到80年代后期可以说才有了决定意义的突破.上世纪90年代中期,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多位不同国籍的科学家研制成功。