未来的电脑会"神"到什么程度?

Question

如题所述

Answer 1

按照摩尔定律，每过18个月，微处理器硅芯片上晶体管的数量就会翻一番。随着大规模集成电路工艺的发展，芯片的集成度越来越高，也越来越接近工艺甚至物理的上限，最终，晶体管会变得只有几个分子那样小。在这样小的距离内，起作用的将是“古怪”的量子定律，电子从一个地方跳到另一个地方，甚至越过导线和绝缘层，从而发生致命的短路。

以摩尔速度发展的微处理器使全世界的微电子技术专家面临着新的挑战。尽管传统的、基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台，但旨在超越它的超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机正在跃跃欲试。

超导计算机

当电子开关元件的速度达到纳秒级时，整个计算机必须容纳在边长小于3厘米的立体中，才不会因信号传输而降低整机速度。可是，芯片的集成度越高，计算机的体积越小，机器发热的后果就越严重。解决问题的出路是研制超导计算机。

所谓超导，是指在接近绝对零度的温度下，电流在某些介质中传输时所受阻力为零的现象。1962年，英国物理学家约瑟夫逊提出了“超导隧道效应”，即由超导体——绝缘体——超导体组成的器件（约瑟夫逊元件），当对其两端加电压时，电子就会像通过隧道一样无阻挡地从绝缘介质中穿过，形成微小电流，而该器件的两端电压为零。与传统的半导体计算机相比，使用约瑟夫逊器件的超导计算机的耗电量仅为其几千分之一，而执行一条指令所需时间却要快上100倍。

1999年11月，日本超导技术研究所与企业合作，在超导集成电路芯片上密布了1万个约瑟夫逊元件。此项成果使日本朝着制造超导计算机的方向迈进了一大步。据悉，这家研究所定于2003年生产这种超导集成电路，在2010年前后制造出使用这种集成电路的超导计算机。

纳米计算机

科学家发现，当晶体管的尺寸缩小到0.1微米（100纳米）以下时，半导体晶体管赖以工作的基本原理将受到很大限制。研究人员需另辟蹊径，才能突破0.1微米界，实现纳米级器件。现代商品化大规模集成电路上元器件的尺寸约在0.35微米（即350纳米），而纳米计算机的基本元器件尺寸只有几到几十纳米。

目前，在以不同原理实现纳米级计算方面，科学家提出四种工作机制：电子式纳米计算技术，基于生物化学物质与DNA的纳米计算机，机械式纳米计算机，量子波相干计算。它们有可能发展成为未来纳米计算机技术的基础。

像硅微电子计算技术一样，电子式纳米计算技术仍然利用电子运动对信息进行处理。不同的是：前者利用固体材料的整体特性，根据大量电子参与工作时所呈现的统计平均规律；后者利用的是在一个很小的空间（纳米尺度）内，有限电子运动所表现出来的量子效应。

光计算机

与传统硅芯片计算机不同，光计算机用光束代替电子进行运算和存储：它以不同波长的光代表不同的数据，以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。

研制光计算机的设想早在20世纪50年代后期就已提出。1986年，贝尔实验室的戴维·米勒研制出小型光开关，为同实验室的艾伦·黄研制光处理器提供了必要的元件。1990年1月，黄的实验室开始用光计算机工作。

从采用的元器件看，光计算机有全光学型和光电混合型。1990年贝尔实验室研制成功的那台机器就采用了混合型结构。相比之下，全光学型计算机可以达到更高的运算速度。

然而，要想研制出光计算机，需要开发出可用一条光束控制另一条光束变化的光学“晶体管”。现有的光学“晶体管”庞大而笨拙，若用它们造成台式计算机将有一辆汽车那么大。因此，要想短期内使光计算机实用化还很困难。

DNA计算机

1994年11月，美国南加州大学的阿德勒曼博士提出一个奇思妙想，即以DNA碱基对序列作为信息编码的载体，利用现代分子生物技术，在试管内控制酶的作用下，使DNA碱基对序列发生反应，以此实现数据运算。阿德勒曼在《科学》上公布了DNA计算机的理论，引起了各国学者的广泛关注。

在过去的半个世纪里，计算机的意义几乎完全等同于物理芯片。然而，阿德勒曼提出的DNA计算机拓宽了人们对计算现象的理解，从此，计算不再只是简单的物理性质的加减操作，而又增添了化学性质的切割、复制、粘贴、插入和删除等种种方式。

DNA计算机的最大优点在于其惊人的存贮容量和运算速度：1立方厘米的DNA存储的信息比1万亿张光盘存储的还多；十几个小时的DNA计算，就相当于所有电脑问世以来的总运算量。更重要的是，它的能耗非常低，只有电子计算机的一百亿分之一。

不过，与传统的“看得见、摸得着”，并有着精致外型的硅电子计算机不同，目前的DNA计算机都还是躺在试管里的液体。科学家预计，10到20年后，DNA计算机将进入实用阶段。当然，也有不少科学家对此提出质疑。毕竟，要想看清可能对未来产生重大影响的技术的前途，9年的时间实在太短！

量子计算机

量子计算机以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，利用原子的量子特性进行信息处理。由于原子具有在同一时间处于两个不同位置的奇妙特性，即处于量子位的原子既可以代表0或1，也能同时代表0和1以及0和1之间的中间值，故无论从数据存储还是处理的角度，量子位的能力都是晶体管电子位的两倍。对此，有人曾经作过这样一个比喻：假设一只老鼠准备绕过一只猫，根据经典物理学理论，它要么从左边过，要么从右边过，而根据量子理论，它却可以同时从猫的左边和右边绕过。

量子计算机与传统计算机在外形上有较大差异：它没有传统计算机的盒式外壳，看起来像是一个被其他物质包围的巨大磁场；它不能利用硬盘实现信息的长期存储……但高效的运算能力使量子计算机具有广阔的应用前景，这使得众多国家和科技实体乐此不疲。尽管目前量子计算机的研究仍处于实验室阶段，但不可否认，终有一天它会取代传统计算机进入寻常百姓家。

显然，以上这些新思想和新设计都还不够完美，而且，即使有了工作样机，离真正的商业化应用也还有相当差距，根本无法与硅电子计算机的便利性与有效性相比。但是，谁又能保证，我们未来的生活不会因为它们而发生翻天覆地的变化？

Answer 2

众所周知，计算机的用户界面向来不是很理想，但是新的研究项目可能会改写我们与计算机沟通的方式。

让我们看看实际情况。虽然人们认为个人计算机能够极大的提高我们的生产效率，但是它确实很难使用。把它与日常生活中其它机器相比就可以看出。电视需要我们用键盘来换频道吗？不需要。启动汽车需要五分钟吗？不需要。但是个人计算机仍然保留了早期的用户
不友好特征——键盘、古怪的命令、输入信息时复杂的程序。我们需要的是一台使得我们可以按照自己的方式沟通的机器，而不是被迫按照机器的方式沟通的机器。

这就是为什么DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency美国国防部高级研究计划局)想要开发全新的个人计算机用户界面。根据DARPA的说法，现在我们花费了太多的时间来把信息输入计算机，告诉它们如何实现特定的任务，以及处理使我们从真正的任务中分身的请求。如果计算机可以自己收集信息、无需告知就适应用户需求来实现面向进程的工作，那么肯定很有意义。DARPA就是这样认为的。

所以，DARPA出资1000万美元(而且马上就要公布第二轮的4000万美元)，用于资助数所大学来研究可以看、听、并使用人工智能来对我们所有的需求进行响应的计算机系统，这些大学包括卡内基-梅隆大学、乔治技术学院、MIT、加州大学伯克利分校以及华盛顿大学。

卡内基-梅隆大学人机交互所的总监Daniel Siewiorek教授说，“计算机系统中最宝贵的资源已经不再是处理器、内存、磁盘、或者网络了，而是用户的注意力。”据Siewiorek说，解决方案就是不可见计算(也称作普及计算或者普遍计算)。这个想法是通过使用麦克风听、摄像机看、扬声器向用户递送信息的计算机来替换需要键入每个命令的计算机。通过把语音识别、视觉和语音综合与人工智能相结合，这些新系统可以自己收集数据并预测用户的需求。

当然，在过去几十年里，像IBM和Xerox这样的公司也早已在用户界面上投入了大量的资金，但是我们仍然在等待。然而，现在一些基本的构筑件，例如语音识别软件、人工智能、以及无线网络都已经足够成熟，这使得实现目标变得可能。

Aura项目

Siewiorek和他的同事把DARPA资助他们的项目称为Aura。他说这个项目最终的结果将是一个用语音控制，在工作场所遍布监视器、麦克风、以及扬声器来作为用户界面的系统。它的工作应该差不多是这样：哈里是虚拟的某家产品设计咨询公司工作的首席设计师。每天早上当他到达办公室后，需要回复语音邮件和电子邮件，阅读与他的领域相关的文章，并且查看伦敦办公室的运作情况。今天，哈里直接走到自己的桌前，用了一个小时浏览网页和打字。有了Aura项目，计算机系统将会为哈里创建一个数字氛围，其中包含了他要阅读的新闻、他的语音邮箱和电子邮件邮箱以及他经常联系的人。这种数字氛围不会只存在于某台个人计算机或者笔记本电脑中，相反，它会存在于整个网络当中，而且会跟随哈里在办公室中的移动。因此哈里可以通过传感器验证来进入系统，然后使用大厦中遍布的麦克风来控制计算机。

这样，哈里就可以在大厦的任何位置查看自己的语音邮件和电子邮件，把新闻发送到最近的显示屏上，甚至可以在任何位置发送信息，例如他设计的原型的录像。卡内基-梅隆大学计划使用现在可用的技术来开发Aura。

Oxygen项目

MIT采取的方法有些不同。在未来的四年里，MIT将和它的合作伙伴DARPA、Acer、Delta Electronics、惠普、NTT、诺基亚和飞利浦电子共同投资5000万美元，它们试图创建一个全新的系统，包括硬件、软件、以及网络组件。和Aura类似，它将试图减轻使用计算机的复杂性。

MIT的这个系统称作Oxygen(氧气)项目，它将运行在两个设备上：Enviro 21和Handy 21。Enviro 21是类似于工作站的计算机，它将用作遍布于家中或者办公室中的摄像机、电话、麦克风、以及扬声器的命令和控制中心。它的用户界面是Handy 21，后者是一种具有摄像机、麦克风、以及彩色屏幕的个人数字助理，主要用语音命令进行控制。在家中或者办公室中，它将作为通用远程控制器，而在路上，它又可以作为与Enviro 21保持不间断联系的个人数字助理。

所以，航空工程师就可以使用Handy 21摄取地面上波音747的损坏照片，回到办公室之后就可以把这些照片投影到最近的显示器上。然后他可以告诉首席工程师需要修理的部分，并且让Handy 21请Enviro 21(它可以连接Internet)去查找、定位、以及购买所需的配件。

Portolano项目

华盛顿大学计算机科学系的一位教授Gaetano Borriello说：“大多数细胞生物实验室的问题是，没有办法精确记录实验过程，所以大多数完成的工作都在生物学家的脑子里或者是笔记本中。”

所以华盛顿大学将为新的细胞生物实验室中的每个设备都装配无线电频率标记，从而捕捉和记录数据。当一个生物学家在显微镜下放置样品时，计算机控制系统就会知道正在检查什么材料，设置如何。置有化学试剂的吸液管也会转播其中还有多少试剂，每次实验用掉多少。这个系统还使用语音和视频技术来记录生物学家在工作时的笔记。

这些系统在5到10年之后才能成为主流。但是现在我们也能有一个普及计算环境，其中包括PDA、手机、数字摄像机、以及MP3播放机。我们所需的是一个可以集成所有这些设备的上层架构，这就是MIT、以及那些公司所要做的。

Answer 3

以后的电脑，只有你想不到，没有他做不到的

Answer 4

50年后普及“光脑”！以下是“光脑”的简介
光脑是由光导纤维与各种光学元件制成的计算机。它不像普通电脑靠电子在线路中的流动来处理信息，而是靠一小束低功率激光进入由反射镜和透镜组成的光回路来进行“思维”的，但同样具有存储、运算和控制等功能。
计算机的“本领”大小，主要决定于两个因素：一是计算机部件的运行速度；二是它们的排列紧密程度。从这两方面看，光比电优越得多。光子是宇宙中速度最快的东西，每秒达30万公里。电子就不行，它在半导体内的运动速度约每秒60—500公里，最快也不到光速的十分之一。另外，超大型集成电路中，一些片状器件的线脚已达300多只，排列密度受到限制。而光束可以相互穿越，互不干扰，这使得科学家能够在极小的空间内开辟很多的信息通道。例如，贝尔实验室的光学转换器就可以做得很小，以致在不到2毫米直径的器件中，可装入2000多个通道。
从理论上讲，光脑的运算速度比现代的电脑还要快上千倍；其次，光脑器件还有信息量大的优点，一束光可以同时传送数以千计的通道的信息。然而，光脑的制造在理论上和技术上还有许多问题没有解决。作为第一步，科学家利用光脑驱动能量小的特点，把电子转换器同光结合起来，制造一种光与电“杂交”的计算机。

关于光脑,人们对它也许还很陌生,但制造光脑的尝试,科学界早在上个世纪50年代就开始了,直到80年代后期可以说才有了决定意义的突破.上世纪90年代中期,世界上第一台光脑已由欧共体的英国、法国、比利时、德国、意大利的70多位不同国籍的科学家研制成功.

所以我们以后用的是速度比现在快得多的光脑，现在的电脑以后会被淘汰！本回答被提问者采纳