（1）神经网络计算机

具有模仿人的大脑判断能力和适应能力、可并行处理多种数据功能的神经网络计算机可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，还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，而人的大脑具有能处理支离破碎、含糊不清信息的灵活性，因而神经网络计算机将在较大程度上类似人脑的智慧和灵活性。人脑有140亿神经元及10亿多神经键，人脑总体运行速度相当于1000万亿次每秒的计算机功能。用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成了神经网络计算机。神经网络计算机除有许多处理器外，还有类似神经的节点，每个节点与许多点相连。若把每一步运算分配给每台微处理器，它们同时运算，其信息处理速度和智能会大大提高。神经网络计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，计算机仍有重建资料的能力，它还具有联想记忆、视觉和声音识别能力。神经网络计算机将会广泛应用于各领域，它能识别文字、符号、图形、语言以及声纳和雷达收到的信号；判读支票，对市场进行估计；分析新产品；进行医学诊断；控制智能机器人，实现汽车和飞行器的自动驾驶；发现、识别军事目标，进行智能决策和智能指挥等。日本科学家开发的神经网络计算机用的大规模集成电路芯片，在1.5平方厘米的硅片上可设置400个神经元和4万个神经键，这种芯片能实现2亿次每秒的运算速度。美国研究出由左脑和右脑两个神经块连接而成的神经网络计算机。右脑为经验功能部分，有1万多个神经元，适于图像识别；左脑为识别功能部分，含有100万个神经元，用于存储单词和语法规则。

（2）生物计算机

生物计算机是利用生物工程技术产生的蛋白分子为主要材料的芯片。它是利用DNA（脱氧核糖核酸）计算技术替代传统电子技术的新型、未来的计算机。

生物计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。计算机的转换开关由酶来充当，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。

遗传化学物质DNA具有超强的信息储存能力，人体内的每一个小细胞核中都包含着构成整个人体的编码指令。计算机科学家现在正设法仿效自然、利用DNA建立一种完整的信息技术形式。

（3）光子计算机

光子计算机是利用光子代替现代半导体芯片中的电子。现有的计算机是由电子来传递和处理信息。电子在导线中的运动速度虽然比人们看到的任何运载工具都快，但是，从发展高速率计算机来说，采用电子做输运信息载体不能满足快的要求，提高计算机运算速度也明显表现出能力有限。

用光子（不用电子）作传递信息的载体，能制造出性能更优异的计算机。用光子作传递信息的载体有以下几方面的好处。

① 光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用。在自由空间中几束光平行传播、相互交叉传播，彼此之间不发生干扰，千万条光束可以同时穿越一只光学元件而不会相互影响。一个光学系统能够提供5×105行传输信息通道；一只质量好的透镜能够提供1亿条信息通道。如果用光波导传输，光波导也可以相互穿越，只要它们的交叉角大于10°左右就不会有明显的交叉耦合。上述的性质又称光信号传输的并行性。

② 光子没有静止质量，它既可以在真空中传播，也可以在介质中传播，传播速度比电子在导线中的传播速度快得多（约1000倍）。也就是说，光子携带信息传递的速度比电子快。计算机内的芯片之间用光子互连不受电磁干扰影响，互连的密度可以很高。在自由空间进行互连，每平方毫米面积上的连接线数目可以达到5万条，如果用光波导方式互连可达上万条。所以，用光子作为信息处理载体会制造出运算速度极高的计算机，理论上信息存储量达到1018位。

③ 超高速的运算速度。光子计算机并行处理能力强，因而具有更高的运算速度。电子的传播速度是593km/s，而光子的传播速度却达3×105km/s。对于电子计算机来说，电子是信息的载体，它只能通过一些相互绝缘的导线来传导，即使在最佳的情况下，电子在固体中的运行速度也远远不如光速。尽管目前的电子计算机运算速度不断提高，但它的能力极限还是有限的。此外，随着装配密度的不断提高，会使导体之间的电磁作用不断增强，散发的热量也在逐渐增加，从而制约了电子计算机的运行速度。而光子计算机的运行速度要比电子计算机快得多，对使用环境条件的要求也比电子计算机低得多。

④ 超大规模的信息存储容量。与电子计算机相比，光子计算机具有超大规模的信息存储容量。光子计算机具有极为理想的光辐射源——激光器，光子的传导可以不需要导线，而且即使在相交的情况下，它们之间也不会产生丝毫的相互影响。光子计算机无导线传递信息的平行通道，其密度实际上是无限的，一枚5分硬币大小的枚镜，它的信息通过能力可以是全世界现有电话电缆通道总和的许多倍。

⑤ 能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品。光子计算机的驱动只需要同类规格的电子计算机驱动能量的一小部分，这不仅降低了电能消耗，大大减少了机器散发的热量，而且为光子计算机的微型化和便携化研制提供了便利的条件。科学家们正试验将传统的电子转换器和光子结合起来，制造一种“杂交”的计算机，这种计算机既能更快地处理信息，又能克服巨型电子计算机运行时内部过热的难题。

光子计算机由光学反射镜、透镜、滤波器等光学元件和设备组成。有模拟式与数字式两种。模拟式光子计算机的特点是直接利用光学图像的二维性，因而结构比较简单。这种光子计算机现在已用于卫星图片处理和模式识别工作。美国提出的“星球大战”计划，就打算发展这种计算机来识别高速飞行的导弹图像。数字式光子计算机的结构方案有许多种，其中认为开发价值比较大的有两种：一种是采用电子计算机中已经成熟的结构，只是用光学逻辑元件取代电子逻辑元件，用光子互连代替导线互连；另一种是全新的、以并行处理（光学神经网络）为基础的结构，在20世纪80年代已制成了光学信息处理机——数字光处理机，它由激光器、透镜和棱镜等组成。虽然光子计算机已经成功，但光子计算机在功能以及运算速度等方面还有很大的发展潜力，特别是在对图像处理、目标识别和人工智能等方面，光子计算机将来发挥的作用远比电子计算机大。

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