世界上只需要一台电脑？

飞机不再害怕坠落，酸乳酪会向你道早安，而人的意识将被储存在超级电脑里，思想永存。这些奇妙的主张不是来自一名科幻小说家或者水晶球巫师，它们是英国通讯巨头企业英国电信的未来学小组领导人伊恩·皮尔森极严肃的预测。



他认为，人类可能在45年内发明超级电脑，下载人脑信息，让人类做到真正不朽。

　　“超级”计算机最新发展

　　尽管皮尔森的预言听上去还非常怪异，但是，根据现代电脑科技的发展速度和推算法原理，这种预言将可能成为事实。

　　以硅片微处理器为核心的电子计算机仍牢牢占据着世界的统治地位，现在世界超级计算机排行榜榜首的“Blue Gene/P”（蓝色基因/P），其处理性能达到了惊人的3PetaFlops，即每秒可进行三千万亿次浮点运算，它是全球首台持续运算性能超过1PetaFlop的超级计算机。但有半个网球场大小的体积、系统结构十分复杂且造价昂贵的Blue Gene/P，让人很难想像这就是以后计算机的发展方向。

　　现代计算机技术按照“摩尔定律”迅猛发展，每18个月左右计算机性能就会提高一倍。科学家认为，按照这个速度发展，传统计算机的制造工艺不可避免地要挑战物理学极限，并预言，到2020年，传统计算机在信息储存和处理方面不可能有大的发展。那么以硅片微处理器为核心的电子计算机要走到尽头了吗？光子计算机、生物计算机、量子计算机，哪个将在未来世界称雄？

　　光子计算机的原理是利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，这远胜于电子计算机中通过电子“0”、“1”状态变化进行的二进制运算，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。

　　而把量子力学和计算机结合起来的可能性，是1982年由美国著名物理学家理查德·费因曼首次提出的。量子计算机有两个突出的优点，一是能够实现量子并行计算，加快解题速度；二是由于量子的叠加效应，大大提高了存储能力。量子计算机的问世，将在诸多方面突破现有计算机模式。甚至，量子计算机的外形和输入输出方式也可能与现有的计算机迥然不同。

　　自从1994年提出DNA计算机概念以来，世界上所有发达国家都在加紧对生物计算机进行研究开发。DNA计算机技术的诱惑力，在于其和传统硅技术相比所具有的巨大存储能力：一克DNA所能存储的信息量，估计可与1万亿张CD光盘相当；数百万亿个DNA分子拥有可感受和回应周围环境的所有计算结构，可在一个狭小的表面区域通过生物化学反应来协调工作。这一并行处理能力，据认为可与目前功能最为强大的超级电子计算机媲美。

　　虽然生物、光子和量子计算机的研究还处在实验阶段，但由于它们具有很高的应用价值，各国政府一直投入巨资进行资助。预计在未来一二十年内，这几种新型计算机可取得突破性进展。

　　“电脑？其实一台就够了”

　　随着计算机的更新换代，互联网也在同步迅猛发展，互联网让世界真正地变成了地球村。“谁掌握了信息，控制了网络，谁将拥有整个世界。”美国著名未来学家托尔勒早就得出论断。

　　计算机的飞速发展，对互联网提出了更高的要求。目前，互联网服务正酝酿革命性转变。日前，日内瓦欧洲粒子物理学中心正研发新一代网络（the Grid），传输速度可达标准宽频服务的1万倍，下载电影只在弹指之间，其威力之强大，可容许网络游戏万人对战、高清视像通讯平民化、全息立体影像随传随送。

　　上世纪六七十年代的计算机，采用的是用户终端模式，即所有的文件、程序和服务都运行在大型主机上，用户通过终端机远程共享。而在计算机普及后，人们拥有了独立主机。而现在，似乎划了一个圆，随着计算机性能的提高和网络基础设施的完善，我们又走回到了最开始的起点。

　　2008年3月17日，谷歌公司CEO施密特访华时，曾提及计算机使用方式的改变，即个人计算机架构向“云计算”发展。事实上，不是只有谷歌一家在做“云计算”，微软、雅虎、IBM、SUN等计算机企业也都对此革命性模式投下重注。

　　那么，神秘的“云计算”究竟是什么？

　　“云计算”可以说是一个架在浏览器（可以说是用户）和储存信息（可以说是服务提供商）之间的桥梁，目的是加快和完善数据处理，减少硬件软件投资。其基本原理是，将计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，让数据运算加快，实现分秒之间处理超大规模的数据流量。简言之，“云计算”将使未来的互联网变成超级计算的乐土。

　　在“云计算”得以实现的情况下，用户需要的其实是一个远程桌面，所有的应用程序都不需关闭，任何一台可以联网的计算机或者终端只需输入用户名密码，就可以登陆。用户不用再等待计算机漫长的启动，不用再担心病毒和黑客攻击，不需要再花钱进行硬件升级，因为这些都会在“云计算”的厂商服务端解决。

　　可以想像，未来我们将感受到“一切皆虚拟，与地理无关”的体验。正如《巨大的转变》一书的作者尼克拉斯·卡尔所言，“忘记Thomas Watson那句著名的‘世界上只需要5台电脑’的名言吧，其实一台就够了。”

《新科学家》:十大最不可思议计算机

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.
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。


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。


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。


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。


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。


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。

科学家首次观测到从量子通道“逃离”出的电子

德国科学家在最新一期英国《自然》杂志上发表论文介绍说，他们最近首次测量到通过量子通道“逃离”原子的电子，而且发现每个电子“逃离”的速度极为惊人。

电子带负电荷，在带正电荷的原子核的吸引下被束缚在原子内部。就经典物理学而言，如果电子没有在一段时间内获得足够的能量，它就无法“逃离”原子核的束缚。但量子力学可以提供另一种方法，电子可以直接通过量子通道逃脱出来。科学家比喻说，这好比站在一座山前的人们需要到达山的另外一边，通常情况下只能翻越山岭，但量子世界里还有另外一种可能，即通过“隧道”直接抵达山的另一边。

量子通道在微观世界普遍存在，但这一现象迄今仍未被观测到，原因是原子在失去电子后迅速从外界环境又找回新的电子进行补充，其过程过于短暂，任何传统方法都无法测量。不过，近年来光学研究的进步，为观测这一现象提供了有力工具。

德国马克斯·普朗克量子光学研究所的弗伦克·克劳兹介绍说，光学研究已经迈进了阿秒(1阿秒为百亿亿分之一秒)领域，这为测量电子通过量子通道“逃离”提供了方法。

克劳兹领导的研究人员用两种精心设计成同步的阿秒级激光脉冲——紫外线脉冲和红外线脉冲——攻击氖原子，紫外线脉冲通过提升电子能量为电子“逃离”氖原子做好准备，但这一能量不足以使电子按照经典物理学描述的方式脱离原子。然后研究人员在红外线脉冲中设计3个峰值，以抵消来自原子核的吸力，这就给电子提供了3个“逃离窗口”。不过，由于所选用的脉冲是阿秒级的，因此“逃离窗口”开启时间非常短暂，只有通过量子通道的电子才有可能成功“逃离”。

结果发现，在这3个“逃离窗口”都能够测量到从原子“逃离”出来的自由电子，这就证明了单个电子可以在极短的时间内实现“逃离”，也进一步证明量子通道确实存在。