光计算机实际上是未来的计算机技术，它使用被称为光子的光粒子。这篇文章将讨论光学计算机，计算所需的光学元件，为什么我们需要它，它的工作原理，优缺点。
什么是光学计算机
使用光子或红外光束而不是电流进行数字计算的设备被称为光子或光学计算机。
电流的流动速度只有光速的百分之十。这对长距离数据传输造成了严重的限制。这样的限制导致了光纤的发展。通过在组件和设备规模上应用红外网络和/或可见光的优势，可以开发出比传统系统具有10倍以上处理能力的计算机(光学计算机)。
图1 -光学计算机样机
与电流不同，红外光束和可见光可以在没有相互作用的情况下相互穿透。可以投射几束激光，使它们的路径相交，但光束即使被限制在二维空间也不会有干扰。
有了电流，三维布线就变得必要了，因为它们必须相互引导。因此，光计算机除了速度更快，还可以更小。下面的图2显示了一个8位或位串行光计算机。
图2 -位串行光学计算机
光学计算机的主要光学元件
光计算机计算所需的主要光学元件有:
- 垂直腔面发射微型激光器
- 空间光调制器
- 光逻辑门
- 聪明的像素
垂直腔面发射微型激光器
VCSEL是一种半导体微型激光二极管，从表面垂直发射光。它主要是将电信号转换为光信号。188bet登入官网它是一维光子晶体的最好例子。
空间光调制器
空间光调制器负责调制光束的强度和相位。它们被用于全息数据存储系统，因为它们将信息编码成激光束。
光逻辑门
光逻辑门只不过是控制光束的光开关。据说，当设备传输光线时为“ON”，当设备阻挡光线时为“OFF”。
聪明的像素
智能像素帮助光学系统进行高水平的电子信号处理。
为什么我们需要光学计算机
对光学计算机的需求源于传统计算机受到电子电路时间响应的限制，以及热量的积累会损坏电子元件。例如:微处理器包含数十亿个晶体管，有时它们以每秒超过30亿次的时钟速度运行，这意味着晶体管暴露在大量的热量中，这增加了它们损坏的几率。
其他因素增加了开发更好替代品的需求:
- 电子计算的终结是摩尔定律的失败
- 计算机处理芯片的平稳期
电子计算的终结是摩尔定律的失败
计算机使用0和1。一种叫做晶体管的小开关使这成为可能，目前的集成电路和处理器芯片上有数十亿个晶体管。1965年，英特尔(Intel)创始人戈登·摩尔(Gordon Moore)预测，每个芯片上的晶体管数量将每两年翻一番。这就是后来流行的摩尔定律。
这一预测直到21世纪初都是准确的。虽然预测的指数增长并没有完全停止，但它肯定已经放缓了。晶体管现在是以原子尺寸制造的。这意味着量子力学效应很快就会出现瓶颈。
电流或电子可以从这些微小的电子元件中随机消失，从而导致不正确的计算。188bet登入官网此外，晶体管尺寸只有5纳米的最新技术已经变得非常复杂，而且过于昂贵，无法推进。
计算机处理芯片的瓶颈期
仔细观察就会发现晶体管的性能下降了。回顾过去，我们意识到速度更快的计算机每隔几年就会轰炸市场。然而，今天的计算机只能停留在4ghz的速度上。然而，通过智能芯片和并行处理来提高性能是有可能的。然而，这种速度的提高不仅归功于晶体管，还归功于各种其他电路。
图3 -光计算机中的光学晶体管
所有这些好处都要付出代价。处理器核心需要不断地保持通信，这需要消耗能量。它是如此之高，以至于芯片之间的通信消耗了总计算能力的一半以上。由于我们的智能手机、笔记本电脑、互联网和数据中心都有电脑，这种能源消耗会留下大量的碳足迹。
光学计算机的工作原理
光计算机的工作原理与传统计算机相似，只是有些部分是在光模式下进行功能操作。光子是由LED、激光和各种其他设备产生的。它们可以用于类似电子的数据编码。
光学晶体管的设计和实现目前正在进行中，最终目标是建立光学计算机。多设计光学晶体管正在试验中。一个90度旋转的偏振光屏可以有效地阻挡光束。光学晶体管也由介电材料制成，有可能充当极化器。光学逻辑门有点挑战性，但基本上是可能的。它们将涉及一个控件和多个提供正确逻辑输出的波束。
图4 - (a)片上光网络(b)电路上光子芯片
电子有一个优越的优势，硅通道和铜线可以转动，电子也会跟着转动。这种效应可以在光学芯片中使用等离子纳米粒子来模拟。它们用于转弯，并在没有重大功率损失或电子转换的情况下继续前进。
光学芯片的大部分部件类似于任何其他商业上发现的计算机芯片。电子部署在转换或处理信息的部分。然而，这种相互联系发生了巨大的变化。这些互连用于不同芯片区域之间的信息传递。当相互连接的温度升高时，电子的穿梭速度可能会减慢，而光则是穿梭的。这是因为光线可以很容易地包含，并且在旅行过程中信息丢失较少。
研究人员希望这种快速的通信过程可能会导致百亿亿次计算机的发展，即每秒执行数十亿次计算的计算机，处理速度比目前最快的系统快1000倍。
光学计算机的优势
光学计算机的优点有:
- 光计算机具有密度高、体积小、结热低、速度快、可动态扩展和可重构成小/大网络/拓扑、大规模并行计算能力和人工智能应用等主要优势。
- 除了速度外，光互连还有几个优点。它们不受电磁干扰，不易发生电路短路。188bet登入官网
- 它们提供低损耗传输和大带宽，用于多个通道的并行通信。
- 光学数据处理的成本低，而且比电子元件的数据处理要容易得多。
- 由于光子不带电荷，它们不容易以电子的形式相互作用。这增加了另一个优势，在全双工操作中，光束彼此通过。
- 光学材料比磁性材料具有更大的可存取性和存储密度。
光学计算机的缺点
光学计算机的缺点有:
- 光子晶体的制造具有挑战性。
- 计算是复杂的，因为它涉及多个信号的相互作用。
- 体积大的。
光计算的未来
我们可以看到激光和光的有趣发展。它们正在取代我们电脑中的电子元件。金博宝博彩目前，机场正在推广光学技术用于并行处理、存储区域网络、光学数据网络、光学开关、生物特征和全息存储设备。
现在的处理器包含光探测器和微型激光器，通过光纤促进数据传输。甚至很少有公司在开发使用光开关和激光来进行计算的光处理器。最重要的推动者之一“英特尔”正在创建一个集成硅光子链路，能够传输每秒50gb的不间断信息。
据推测，未来的计算机将没有屏幕，通过全息图在空中和键盘上方显示信息。研究人员和工业专家的合作使这种技术成为可能。此外，光技术最实际的用途，即“光网络业务”预计将从目前的10亿美元增长到35亿美元。
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