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《新科学家》:十大最不可思议计算机(组图)




作者: 腾讯科技
CNETNews.com.cn
2008-04-21 21:16:41
关键词: 计算机 光子晶体 tic-tac-toe 科学家 计算机计算 DNA计算机 逻辑门 可逆 量子计算机 光子计算机

  据英国《新科学家》杂志报道,现今的计算机技术发展日新月异,但科学家们还是试图拓宽新型计算机的开发领域,近年来研制出光子计算机、量子计算机、DNA计算机等十大不可思议的奇特计算机.

  

  

  光子计算机

  1、光子计算机

  通过光编码数据并不奇怪,目前全球通讯系统是基于光纤技术。但是使用光信号实际处理数据资料,并进行计算处理却并没有实际应用。

  光子计算机是一个值得努力实现的目标,其原因是使用光可增加计算机的处理速度以及可处理的数 据质量,但是获得、存储和处理光是非常困难的。像美国伊利诺斯州立大学的保罗?布劳恩等研究人员目前正积极进行该研究。他在光子晶体外建立了3D光学波 导,这可能会获得光,使光在锐角转角减缓速度并发生弯曲,而不必担心光的逃逸。

  其间,美国哈佛大学的米克海尔?卢金研制了一种光学型晶体管,能够成为现今计算机的能量源。卢金和同事们已建立了使用单一光子从光信号中分离出来的通道,该通道可以转换另一种光信号开启或关闭。

  

  

  量子计算机

  2、量子计算机

  如果你想破坏传统计算机计算处理规则,量子计算机将实现这一点。量子计算机不使用1或0的电子比特信息,而采用量子机械效应而建立量子比特。

  量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究。研究可逆计算机的目的是为了解决计算机中的能耗问题。

  计算显示,量子计算机有能力执行许多平行计算。当量子计算机中量子比特数目增加时,数据将以指数级增长。这将实现现今计算机难以实现的计算处理,比如:快速因式分解较大质数裂化密钥。

  然而,量子计算机迄今仅有非常小数目的量子比特,其使用量子圆点、核磁共振、金属离子。

  

  

  DNA计算机

  3、DNA计算机

  DNA将是一种用于执行计算的完美材料,在某种意义上,DNA处理数据和运行程度存储在排序普通碱基对DNA中,处于调整状态蛋白质处理信息就如同DNA有机体维持存活一样。

  第一个将DNA用于计算处理的是南加州大学伦纳德?阿德勒曼,1994年,他使用DNA解答了著名的“7点哈密尔敦函数通道”数字问题。从此之后,DNA能够用于建立逻辑门和挑战tic-tac-toe游戏。

  由于DNA分子具有强大的并行运算和超高的存储能力,DNA计算将可能解决一些电子计算机难 以完成的复杂问题,而且也可能在体内药物传输或遗传分析等领域发挥重要作用。虽然DNA计算未来潜力无穷,但是当前仍然有许多瓶颈技术和基础问题需要解 决,其中基于DNA分子的逻辑门就是实现DNA计算的一个重要基础。

  近期,DNA计算机的狂热者对建立像人体内的生物学系统非常感兴趣,这样的研究非常有意义,其原因是它的装配性非常好,与传统计算机相比,能够将计算机缩小至最小化,而且便于运行计算处理。

  

  

  可逆计算机

  4、可逆计算机

  许多人思考我们应当循环利用比特,就如同再循环利用垃圾一样。计算机硬件公司长期以来试着减少计算机的能量消耗,一种不同寻常的方法是由“可逆”工程芯片实现的。

  正常地每个计算操作会失去一些比特信息,也可表现为丢弃能量。可逆计算机的目标是重新获得并使用这些能量。由美国佛罗里达州立大学迈克尔?弗兰克设计的可逆计算机通过逻辑门能够实现逆行运算。

  每一个计算操作包括向逻辑门中输入数据,然后逻辑门出产输出信号,从而代替丢弃能量的信号。弗兰克设计的可逆计算机在每一个计算运行之后逻辑门实现逆行运算,输出信号返回的能量开启执行新的输入信号。

  

  

  撞球计算机

  5、撞球计算机

  数据计算处理可通过光在分子至分子间内部进行连锁反应实现,这对用于一些计算处理的连锁反应非常具有意义,甚至可用于多米诺或大理石弹球进行计算。

  这种计算机的逻辑门是由仔细安排的多米诺或斜道石弹球滚动实现的。该计算机虽然比较特殊,但 却相当于几英亩大小面积的无数强大微处理器所实现的功能,除非石弹球或多米诺骨牌非常小。IBM公司研究人员采用层叠原子像撞球彼此运行作为逻辑电路,像 这样的逻辑门仅能使用一次,但是其意义却意味深长,它比现今最小的晶体管都要小。

  

  

  神经细胞计算机

  6、神经细胞计算机

  当一些研究人员借助已经成功的理念,为什么还称这是计算机技术开发的起跑线呢?目前,研究人员希望能够借助人体的自然力量建造特殊的计算机。

  美国芝加哥西北大学费迪南?穆萨?伊瓦尔迪展示了如何利用七鳃鳗的一些脑细胞控制一个机器人。七鳃鳗是一种像鳗鱼的原始脊椎动物。这些脑细胞可控制机器人跟随着光源移动。但这并不是第一次使用动物的大脑进行神经细胞计算机实验。

  神经细胞计算机被称为第六代电子计算机,它可以模仿人的大脑判断能力和适应能力,并具有可并 行处理多种数据功能的神经网络计算。与以逻辑处理为主的第五代计算机不同,它本身可以判断对象的性质与状态,并能采取相应的行动,而且它可同时并行处理实 时变化的大量数据,并引出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰,经络分明的数据。而人的大脑却具有能处理支离破碎,含糊不清信息的灵活性,神经细胞 计算机将具有类似人脑的智慧和灵活性。

  目前,美国国防部高级研究计划署通过在飞蛾大脑植入的电极,建立了远程控制的半机械飞蛾。

  7、磁共振计算机

  每杯水都包含着一台“计算机”,如果你正确理解磁共振运行原理。英国约克大学苏珊?斯特普尼和同事使用强磁场(核磁共振)对分子间的互相影响作用进行控制和观测。这种方法可呈现3D信息,也可使用分子形成互相影响的自然动力学。

  如果该理论被证实是可能实现,可使用水分子模拟我们复杂的大气层。迄今为止,研究人员仅能实现该运行计算的理论性,当前只处于基于水的磁共振计算机。

  8、Glooper计算机

  其中最怪异的就是Glooper计算机,该计算机的建造抛弃了传统计算机的硬件配置,而是通过建立“gloopware”实现运行计算能力。英国西英格兰大学安德鲁?阿达马特兹基能够在化学粘性物质中建立传播离子干扰波,其行为就像形成逻辑门,成为构造计算机的积木块。

  这种传播离子干扰波可由一种叫做“Belousov-Zhabotinsky”的脉冲通过循环化学反应生成。阿达马特兹基展示这种化学反应的逻辑门可使一个机器人手臂搅动混合剂,当机器人的手指搅动混合剂刺激化学反应的发生,随后产生的化学反应将控制机器人手臂的运动。

  9、霉变计算机

  即使像粘土这样的原始有机体也可以用于解决传统计算机的问题,日本名古屋物理化学研究协会Toshiyuki Nakagaki展示粘土的霉变反应可以解决抵达迷宫的最短路径。

  这引起了计算机科学家的浓厚兴趣,他们认为粘土的霉变反应可以解决类似于“售货员行程”的问题,在该问题中要求售货员在空间几个售货点之间确定最短的销售行走路程。这种问题在传统计算机上很难实现。

  10、水波计算机

  或许感觉最不可能实现的就是计算运算能力在水池的波纹中实现。英国苏塞克斯郡大学两位研究人员使用一个波动水箱和一个高架摄像仪,通过波形生成一个“或逻辑门”或“异逻辑门”类型。