每當講授計算機基礎課第一章第四小節(jié)計算機的發(fā)展趨勢這部分內容時，總會有很多同學問我：“未來的計算機將會是什么樣子的？將來的計算機與我們現(xiàn)在所見到的計算機會有什么不同？”等問題，計算機技術的發(fā)展可謂是日新月異，同學們提出這些問題也在情理之中。試想20年前的計算機，低像素的“大磚塊”顯示器，橫向放置的主機箱，如此“丑陋”的模樣�？墒乾F(xiàn)在，我們的工作和生活都離不開計算機，同學們從小學開始就有微機課，學習基本的計算機操作知識。我們學校圖書館4-5樓建有多個微機室供同學們上機練習使用。所以未來的計算機在外形和功能上還可能有更大的變化，下面我就給大家介紹幾種正在研制的新型計算機，不久的將來它們就將走進我們的生活。
第一種：量子計算機。
目前，我們使用的計算機主要采用半導體材料，而未來的量子計算機則使用原子的量子態(tài)作為中央處理器和內存。原子就是我們在高中化學里面學過的組成物質的基本單位，原子可以單獨形成物質，也可以組成較大的分子形成物質。量子態(tài)是原子的一種特殊狀態(tài)，處于量子態(tài)的原子具有諸多新特性，科學家們正是利用這些特性來實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算和存儲的。
瑞典皇家科學院將2012年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家塞爾日•阿羅什和美國物理學家戴維•瓦恩蘭，以表彰他們在量子物理學方面的卓越研究。正是因為他們在量子物理方面的突出研究成果，大力促進了量子計算機的研制。
在功能方面，量子計算機有很多優(yōu)于傳統(tǒng)計算機的地方。首先，量子計算機的速度非常快。一般來說，一臺40位的量子計算機用100步就能模擬的系統(tǒng)，用一臺1萬億位的傳統(tǒng)計算機完成就需要幾年之久。其次，在通信領域，采用量子編碼加密可保證信息的安全性，因為量子算法被破譯的可能性幾乎為零。最后，量子計算機可以進行大數(shù)的因式分解和復雜的數(shù)學運算，這是傳統(tǒng)計算機所望塵莫及的。
當然量子計算機也存在一些技術困難，最大技術難題是噪音問題，即如何在熱噪音不可避免的情況下，使量子計算機正常工作。另外，據(jù)目前的研究狀況來看，絕大多數(shù)量子計算機都非常短命。例如，如果一臺量子計算機一天工作4小時左右，那么它的壽命將只有可憐的2年，如果工作6小時以上，恐怕連1年都不行。由此看來，高能短命的量子計算機恐怕離我們的生活還將有一段的距離。
第二種：光子計算機
光子計算機是一種以光子代替電子進行數(shù)字運算、邏輯操作、信息存貯和處理的新型計算機。它以不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，以大量的透鏡、棱鏡和反射鏡將數(shù)據(jù)從一個芯片傳送到另一個芯片。這樣講或許有一些抽象，大家回憶一下高中物理我們學習光學這部分內容時，接觸過的透鏡（凹凸鏡，三角棱鏡等），還記得做過的凸鏡聚焦實驗嗎？光子計算機就是通過光的這種反射和折射原理傳輸數(shù)據(jù)的。
由于光子計算機用光子作為信息傳遞和存儲的載體，而光子不帶電荷，它們之間不存在電磁場相互作用，幾束光在自由空間中可以平行傳播、相互交叉?zhèn)鞑ィ舜酥g又不發(fā)生干擾，甚至千萬條光束可以同時穿越一只光學元件而不會相互影響。這就是光的并行性。電子的傳播速度是593km/s，而光子的傳播速度卻達3×10^5km/s，正是由于光的這些天然特性，光子計算機具有超強的處理能力和運算速度。
與傳統(tǒng)的電子計算機相比，光子計算機還具有超大規(guī)模的信息存儲容量。光子計算機具有極為理想的光輻射源——激光器，光子的傳導不需要導線，即使在相交的情況下，它們之間也不會產生相互影響。光子計算機傳遞信息的平行通道，其密度非常大。例如，一枚五分硬幣大小的枚鏡，它的信息通過能力可以是全世界現(xiàn)有電話電纜通道的總和。同時，由于光能耗低，光子計算機散發(fā)的熱量很少，這就為光子計算機的微型化和便攜化研制提供了便利的條件。科學家們正試驗將傳統(tǒng)的電子轉換器和光子結合起來，制造一種“雜交”的計算機，這種計算機既能更快地處理信息，又能克服巨型電子計算機運行時內部過熱的難題。
目前，光子計算機的研發(fā)與制造已進入實驗階段。巴斯大學的物理學家們正在進行一個項目，希望研制出一種光子計算機，可以用光子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子來運作。他們采用新型光子晶體光纖作為傳輸器材。項目領導者Benabid博士說：“如果成功，這將是近五十年來計算機技術的一次革命”。光子計算機有可能是將來最早問世的信息計算機。
第三種：DNA計算機
未來高性能的計算機中最具神秘色彩的當數(shù)DNA計算機。DNA我們可能都是在生物學中聽到過，那科學家們是怎么把生物學中的概念應用到計算機領域呢？原來在1994年，美國南加州大學的阿德勒曼博士用DNA堿基對序列作為信息編碼的載體，在試管控制酶的作用下，使DNA堿基對序列發(fā)生反應，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算。阿德勒曼博士在《科學》雜志上公布了DNA計算機的理論，便引起了各國學者的廣泛關注。換句話說，DNA計算機就是利用DNA（生物學中中脫氧核糖核酸）建立的一種完整的信息技術形式，以編碼的DNA序列（也就是我們通常意義上計算機內存）為運算對象，通過分子生物學的運算操作解決復雜的數(shù)學難題。
DNA計算機的設想極大地開拓了人們的視野，豐富了人們的想象空間�；蛟S最終人類將會開發(fā)出實用的DNA計算機。另外，生物傳感器件和存儲器件領域的技術也在飛速進展，預計在不久的將來將會產生出半導體技術和生物技術相結合的芯片或原型計算機。
以上我簡單介紹了三種具有代表性的未來計算機研究方向，假期同學們可以查閱《電腦周刊》和計算機學報一類的期刊雜志，或者在網上搜索未來計算機的相關信息閱讀，以便進一步了解未來計算機的發(fā)展。盡管未來新型計算機的發(fā)展多種多樣，它們在形態(tài)、功能和操作等方面或許都會超乎我們的想象，但是可以肯定的一點是，未來的計算機功能將會更全面，性能會更穩(wěn)定，更便于操作，與人類的活動關系將會更密切。
工程技術系：韓玉會 |
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