新型计算机中的“潜力股”

小芹

你觉得计算机会变得更小、更快和更聪明吗？

可别忙着点头——虽然几十年来计算机一直飞速发展，但如今工程师们对此可不太乐观。其实，传统电子计算机的潜能已经被发掘得差不多了，还好“柳暗花明”——很多研究人员正尝试运用不同的科学原理来制造新一代计算机。下面咱们就来认识几种颇具潜力的计算机“新星”吧。

容量超大的量子计算机

2019年9月，美国率先宣布，量子计算机开发成功，实现量子霸权。想必很多人听到这个消息的反应是：“量子计算机”“量子霸权”，到底是啥？

所谓量子计算机，就是运用量子力学原理进行工作的计算机。它与传统电子计算机的最大区别在于，电子计算机存储信息的单位是比特，而量子计算机存储信息的单位则是量子比特。计算机的运算法则是二进制，普通计算机的一个比特只能是0或1;而量子比特遵守量子世界的规则，一个量子比特可以同时既是0又是1，这就叫“量子叠加态”。以此类推，两个量子比特就可以同时是00、01、10、11这4个值，也就是说两个量子比特是两个比特的信息容量的4倍。总而言之.由于量子叠加态的存在，N个量子比特的信息存储量就是同样数目比特的2的N次方倍。

美国的量子计算机含有53个量子比特，那么它可以同时表示几个值？你不妨动笔算一下，答案是9 007 199 254 740 992个值，即53个量子比特的内存是53个比特的9 007 199 254 740 992倍！巨大的信息容量意味着在处理复杂问题时能够调用更多的计算资源，拥有更快的计算速度。

而量子霸权指的是，解决某一问题时，量子计算机的速度碾压了传统电子计算机。一台量子计算机在200秒内能完成如今最好的电子计算机花费一万年才能解决的计算题。不过，这个计算题是为了做实验专门设计的，没啥实用价值。这也说明了量子计算机要完成它的霸业，还要等上很长时间。

快且节能的光子计算机

光子计算机就是用光子代替传统电子计算机中的电子进行运算，它的最大优点就是快。

在电子计算机中，电子充当运输数据的交通工具，而在光子计算机中，交通工具換成了光子。光子拥有宇宙间最快的速度——光速。如果把电子的速度比作牛车，那光子的速度就是F1赛车，而且光子这种运输工具不用考虑“堵车”的问题。在电子计算机中，传输电子的通道宽度有限，电子只能排着队挨个通过，而光子不一样，它们可以互不干扰地一起通过。这听起来或许有点匪夷所思，其实很好理解，你可以想象一下，两束光线在某一点相交会相撞吗？显然不能，它们可以穿过对方然后沿着各自的道路继续前进，光的这个特性可以帮我们大大提高信息传输速率。另外，光子计算机虽然做得多，但“吃”得少——它消耗的能量远远小于电子计算机。

光子计算机虽然这么厉害，但它可没有像量子计算机那样“野心勃勃”，不但不称霸，还非常想与电子计算机做“好朋友”。201 7年，英国一家公司基于光子计算发明了一种协处理器，这种协处理器就是发挥光子计算的优势来协助传统电子计算机提高工作效率。或许光子计算机和电子计算机真的可以达到双赢呢。

可卧治病的DNA计算机

遗传物质DNA也能用来做计算机？

一个计算机要具备3个功能一一贮存信息、处理信息以及将处理结果进行表达。DNA满足了这3个条件，DNA本身就是用来贮存遗传信息的物质，并且可以在生物酶的作用下被剪切、重组与复制，这个过程可以当作处理信息的过程。那么怎样表达运算结果呢？其实每个人都是DNA运算的结果——我们长成什么样都是由基因决定的。由此可见，DNA是制作计算机的理想材料。

最早的DNA计算发生在试管里。研究人员将生物酶放到含有DNA溶液的试管中，利用化学反应进行运算。但是DNA会在溶液中四处游动，这会导致计算错误。为了解决这个问题，研究人员发明了DNA计算机，就是将DNA固定在玻璃片、金属片及高分子生物薄膜的表面上，以提高计算的稳定性。DNA计算机的发展方向是制造出可以批量生产的DNA计算芯片，这可以让DNA计算机从实验室走向生活。

相比量子计算机和光子计算机，DNA计算机的优点在于它可以直接植入人体，因为DNA本身就是生物大分子，与生物体有天然的亲和力。利用DNA计算机，人可以随时体检，而且DNA计算机能根据检测结果直接在体内合成药物来治病。

向人脑学习的类脑计算机

看了以上几种新型计算机，你可能会感叹计算机实在比人脑强太多了。但是，当你羡慕计算机记得多、算得快时，计算机也希望向我们人脑学习一项独特的技能——面对复杂环境时随机应变的能力，于是就有了类脑计算机。

类脑计算机就是可以像人脑那样自主思考的计算机，其最大优势是可以根据不同环境自主灵活地处理问题。所以，类脑计算研究对人工智能的发展具有重大意义。

说起近期类脑计算的重大突破，要数清华大学的类脑计算芯片“天机芯”了。为了展示“天机芯”的性能，清华研究团队将“天机芯”安装在一辆自行车上，结果这辆自行车就像活了一样。在实验中，自行车可以根据人的口令做出反应，可以追踪前方的行人，还可以分析路况并自动躲避障碍……总之，它成了一辆真正的“自行”车。

看了以上4种新型计算机，你觉得哪种最有潜力呢？