¿Qué son las computadoras ópticas y las computadoras cuánticas?
Un ordenador óptico es un ordenador compuesto por componentes fotónicos que utiliza señales ópticas para el cálculo, transmisión, almacenamiento y procesamiento de la información. Los dispositivos de operación, dispositivos de memoria y dispositivos de almacenamiento de las computadoras ópticas se implementan utilizando métodos ópticos, es decir, computadoras que usan fotones en lugar de electrones para transmitir información. Las computadoras ópticas tienen todas las funciones de las computadoras electrónicas. Sin embargo, dado que los fotones se propagan en paralelo a una velocidad de 300.000 kilómetros por segundo, que es 300 veces la velocidad de los electrones, las computadoras ópticas tienen las siguientes características sobresalientes en comparación con las computadoras electrónicas:
Las computadoras ópticas tienen procesamiento paralelo NXN capacidades. La propagación paralela de la luz puede garantizar que miles de luces pasen a través de diferentes canales de un componente fotónico al mismo tiempo sin interferir entre sí.
Las computadoras ópticas tienen una alta precisión de cálculo y una velocidad de operación extremadamente rápida. Es mil veces más rápido que los ordenadores electrónicos actuales.
La luz tiene una gran capacidad de transporte de información. Los canales ópticos transportan 2×104 veces más información que los canales eléctricos y la memoria fotónica puede acceder a los datos rápidamente y en paralelo.
Los ordenadores ópticos se pueden dividir en dos tipos: analógicos y digitales según sus principios de funcionamiento. El tipo analógico utiliza la bidimensionalidad de las imágenes ópticas para realizar cálculos directamente, mientras que el tipo digital adopta completamente la estructura técnica de una computadora electrónica, excepto que los componentes lógicos de fotones se utilizan para reemplazar los componentes lógicos electrónicos. En la década de 1980, Europa comenzó a desarrollar computadoras ópticas. Se informa que en mayo de 1984, ocho universidades europeas desarrollaron conjuntamente la primera computadora óptica del mundo. A principios de la década de 1990, Estados Unidos también desarrolló un modelo de computadora óptica. En la actualidad, se han introducido dispositivos lógicos ópticos unitarios, dispositivos de conmutación óptica y dispositivos de almacenamiento óptico; la tecnología de disco óptico como dispositivo de almacenamiento externo para computadoras ópticas se ha vuelto bastante madura. La aplicación de las computadoras ópticas en el siglo XXI será una realidad.
Si el tamaño de las computadoras se vuelve más pequeño en el futuro, el tamaño de los componentes de la computadora también será muy pequeño. Sin embargo, cuando la miniaturización de las computadoras se desarrolla hasta cierto punto, se deben utilizar nuevas tecnologías para complementar o reemplazar las tecnologías existentes. A principios de la década de 1980, una investigación llevada a cabo en el Laboratorio Nacional Argonne de Estados Unidos demostró que, en principio, un ordenador podía funcionar de forma puramente mecánica cuántica. Dado que las partículas diminutas (como los átomos) sólo pueden existir en estados de energía discretos, cuando los átomos cambian de un estado de energía a otro, deben absorber o emitir fotones, y las ondas cuánticas son aditivas, y un poco de información cuántica solo hay uno de dos situaciones posibles, similares al binario en matemáticas. Los investigadores utilizaron el giro de las partículas para realizar con éxito operaciones simples de lógica cuántica de dos bits. Los experimentos han demostrado que se pueden construir puertas lógicas cuánticas universales (NOT, COPY, AND), y luego estas puertas lógicas cuánticas se pueden conectar entre sí a través de fibras ópticas. Los bits de información se pueden transportar de una puerta lógica a otra a través de fibras ópticas o una sola. fotón. De esta manera, teóricamente podría convertirse en una computadora cuántica.
Las computadoras cuánticas realizan cálculos comparando propiedades discretas familiares para las personas que procesan información digital con las exóticas propiedades discretas de la mecánica cuántica. Los qubits half-flip en las computadoras cuánticas abren nuevas formas de computación. Las computadoras cuánticas tienen las características de paralelismo cuántico y una velocidad de funcionamiento muy rápida. Pueden usarse para simular otros sistemas cuánticos y pueden usarse para factorizar números grandes. Las computadoras cuánticas se encuentran ahora en la etapa experimental de desarrollo.