计算机的未来展望
计算机的未来展望
明天的计算机是什么样子?与今天的计算机有什么质的区别?微电子技术的技术潜力是现
代的电子数字计算机还有一个比较大的发展空间,一些新型的计算机很可能在 21 世纪的某
个时候登上历史舞台,未来的计算机世界将是多种类型的计算机并存、相互融入、互为补
充.目前人们致力开发研究的新型计算机有 以下几类.
三、生物计算机
20 世纪 70 年代以来,人们发现脱氧核糖核酸(DNA)处在不同的状态下,可产生有信息和无
信息的变化.联想到逻辑电路中的 0 与 1、晶体管的通导或截止、电压的高或低、脉冲信号
的有或无等等,科学家们激发了研制生物元件的灵感.这项研究中最著名的代表就是美国著
名的生物化学家、国际电子分子生物风险学会主席詹姆士·麦卡里尔博士,他不仅是生物分
子电子学的创始人之一,而且他带领一个 6 人小组在华盛顿近郊的一座普通楼房里,进行
着生物芯片和生物计算机的开拓性研究.1982 年,在法国秀丽的阿尔卑斯山上举行了首届生
物计算机国际会议,来自世界各地的生物学家、化学家、物理学家、医学家、遗传学家、
分子生物学家、微电子学家和计算机科学家们会聚一堂,探讨生物计算机的发展前景.
生物计算机的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片.生物元
件比硅芯片上的电子元件要小很多,甚至可以小到几十亿分之一米,而且生物芯片本身具
有天然独特的立体化结构,其密度要比平面型的硅集成电路高五个数量级.如让几万亿个
DNA 分子在某种酶的作用下进行化学反应就能使生物计算机同时运行几十亿次.生物计算
机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快 10 万倍,能
量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一,存储信息的空间仅占百亿亿分之一.生物芯片一
旦出现故障,可以进行自我修复,所以具有自愈能力.生物计算机具有生物活性,能够和人
体的组织有机地结合起来,尤其是能够与大脑和神经系统相连.这样,生物计算机就可直接
接受大脑的综合指挥,成为人脑的辅助装置或扩充部分,并能由人体细胞吸收营养补充能
量,因而不需要外界能源.它将成为能植入人体内,成为帮助人类学习、思考、创造、发明
的最理想的伙伴.另外,由于生物芯片内流动电子间碰撞的可能极小,几乎不存在电阻,所
以生物计算机的能耗极小.
把生物学和工程学结合起来制造生物计算机已不是天方夜谭.美国南加州大学计算机科学家
伦纳德·艾德曼已研制成功一台 DNA 计算机.艾德曼说:“DNA 分子本质上就是数学式,用
它来代表信息是非常方便的,试管中的 DNA 分子在某种酶的作用下迅速完成生物化学反
应.28.3g DNA 的运行速度超过了现代超级计算机的 10 万倍.”
科学家们认为:生物工程是全球高科技领域最具活力和发展潜力的一门学科,加上计算机、
电子工程等学科的专家通力合作,有可能在 21 世纪将实用的生物计算机推向世界.
四、量子计算机
随着微电子技术的不断发展,集成电路的线宽目前已细微到只有 0.13μm.到 2020 年前后,
线宽将达到公有几个分子大小的物理学极限,宏观世界的物理规律便不再有效,这就意味
着传统计算机的发展将走人穷途末路.然而人类对 于信息处理更快、更强的追求却是永无
止境的,向更微观的原子世界进军,开发量子计算机因此成为一条很有吸引力的途径.现代
量子物理中存在的一个现象:在原子世界中,原子和亚原子粒子可以同时存在于此处和彼
处,可以同时出现高速和低速,也可以同时向上和向下运动,这些现象称之为:“多现实态
存在”.对“多现实态”现象进行过无数次物理实验都已经证实了这种现象的客观存在.传统计算
机以“串行”计算机逻辑进行数据运算处理,这就是每下一步运算取决于上一步的结果.对于
用“串行”方法处理的问题,量子计算机并不比传统计算机优越.但是量子计算机的优越性在
于它具有进行“平行”运算处理的能力.如果某人需要从一个有几百个办公室的大楼中寻找一
份遗失的文件,用传统计算机的串行方式寻找就要逐个办公室去进行搜索.但是量子计算机
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