光子計算機

光學計算機是完全或部分用光學元件代替電子元件處理數據的計算機或運算單元。 這里使用光電元件或無源光學非線性元件。

光學或光子計算機是一種使用可見光或紅外輻射中的光子而不是電脈沖的設備。 激光或發光二極管發射的光子用于數據處理。 光子具有更高的帶寬和十倍于傳統計算機中使用的電子的速度（參見光纖）。

大多數研究項目的重點是用光學等價物取代承載電力的數字計算機組件，從而產生處理二進制數據的光學數字計算機系統。 這種方法的優點是可以將光學組件集成到傳統計算機中，以創建混合光電系統。 然而，光電元件損失了 30% 的能量，將電能轉換為光子并返回； 這種轉換也會減慢消息的傳輸速度。 全光計算機消除了光電 (OEO) 轉換的需要，從而降低了功耗。

合成孔徑雷達 (SAR) 和光學相關器等專用設備已開發出來，以利用光學計算原理。 例如，相關器可用于檢測和跟蹤物體以及隨時間對串行光學數據進行分類。

現代電子計算機的基本構件是晶體管。 需要相應的光學晶體管來將電子元件替換為光學元件。 這是通過使用具有非線性折射率的材料來實現的。 特別是，在某些材料中，入射光的強度會以類似于雙極晶體管的電流行為的方式影響透過該材料的光的強度。 這種光學晶體管可用于制造光學邏輯門，然后將其組裝到計算機處理器 (CPU) 的高級組件中。 這些是非線性光學晶體，可以操縱光線以控制其他光線。

與任何二進制計算機系統一樣，光學計算系統具有三個要求：

• 光學處理器
• 光學數據傳輸，例如通過光纖電纜
• 光學數據存儲，例如在聲波中臨時存儲或在二氧化硅中長期存儲

在計算機技術中使用光學系統與傳統電子技術相比具有許多優勢：

• 遠距離近乎無損傳輸
• 高傳輸速度（大約是電子連接速度的十倍）
• 高帶寬（例如通過使用波分復用）??
• 開關速度高于普通晶體管
• 光學自由空間互連可實現直接連接和三維連接

另一方面，現有系統中光學元件的生產和集成工作量增加導致生產成本增加。

對光計算機的未來性能存在分歧； 它們能否在速度、功耗、成本和尺寸方面與基于半導體的電子計算機競爭是一個懸而未決的問題。 批評者指出，現實世界的邏輯系統需要“邏輯級恢復、級聯??、扇出和輸入輸出隔離”，所有這些目前都由低成本、低功耗和高速電子晶體管提供. 光邏輯要想在一些利基應用之外具有競爭力，就需要在非線性光學器件技術上取得重大突破，或者改變數據本身的處理方式。

• 組件的連接，例如帶電腦的電腦
• 印刷電路板的連接，例如在計算器中
• 印刷電路板上組件的連接，例如帶內存的 CPU
• 集成電路中的互連

雖然今天已經使用組件和印刷電路板的連接，但集成了來自和進入的連接n 電路仍在開發中。

光學連接元件和/或處理單元被集成到電子系統中。 光作為信息載體，邏輯開關過程是電子控制的。 這種方法對于在系統中分配時鐘特別有用，它還可以xxx限度地減少時鐘偏差。

這里特別使用無源光學元件。 光在這里也被用作信息載體，但切換過程是由改變非線性光學材料折射率的控制光束執行的。 這些組件具有類似于電子晶體管的特性。

光子邏輯是在邏輯門中使用光子。 當兩個或多個信號組合時，通過非線性光學效應發生切換。

諧振器在光子邏輯中特別有用，因為它們允許能量從相長干涉中積累，從而放大光學非線性效應。

探索的其他方法包括使用光致發光化學物質在分子水平上的光子邏輯。