光子计算机

光学计算机是完全或部分用光学元件代替电子元件处理数据的计算机或运算单元。 这里使用光电元件或无源光学非线性元件。

光学或光子计算机是一种使用可见光或红外辐射中的光子而不是电脉冲的设备。 激光或发光二极管发射的光子用于数据处理。 光子具有更高的带宽和十倍于传统计算机中使用的电子的速度（参见光纤）。

大多数研究项目的重点是用光学等价物取代承载电力的数字计算机组件，从而产生处理二进制数据的光学数字计算机系统。 这种方法的优点是可以将光学组件集成到传统计算机中，以创建混合光电系统。 然而，光电元件损失了 30% 的能量，将电能转换为光子并返回； 这种转换也会减慢消息的传输速度。 全光计算机消除了光电 (OEO) 转换的需要，从而降低了功耗。

合成孔径雷达 (SAR) 和光学相关器等专用设备已开发出来，以利用光学计算原理。 例如，相关器可用于检测和跟踪物体以及随时间对串行光学数据进行分类。

现代电子计算机的基本构件是晶体管。 需要相应的光学晶体管来将电子元件替换为光学元件。 这是通过使用具有非线性折射率的材料来实现的。 特别是，在某些材料中，入射光的强度会以类似于双极晶体管的电流行为的方式影响透过该材料的光的强度。 这种光学晶体管可用于制造光学逻辑门，然后将其组装到计算机处理器 (CPU) 的高级组件中。 这些是非线性光学晶体，可以操纵光线以控制其他光线。

与任何二进制计算机系统一样，光学计算系统具有三个要求：

• 光学处理器
• 光学数据传输，例如通过光纤电缆
• 光学数据存储，例如在声波中临时存储或在二氧化硅中长期存储

在计算机技术中使用光学系统与传统电子技术相比具有许多优势：

• 远距离近乎无损传输
• 高传输速度（大约是电子连接速度的十倍）
• 高带宽（例如通过使用波分复用）​​
• 开关速度高于普通晶体管
• 光学自由空间互连可实现直接连接和三维连接

另一方面，现有系统中光学元件的生产和集成工作量增加导致生产成本增加。

对光计算机的未来性能存在分歧； 它们能否在速度、功耗、成本和尺寸方面与基于半导体的电子计算机竞争是一个悬而未决的问题。 批评者指出，现实世界的逻辑系统需要“逻辑级恢复、级联​​、扇出和输入输出隔离”，所有这些目前都由低成本、低功耗和高速电子晶体管提供. 光逻辑要想在一些利基应用之外具有竞争力，就需要在非线性光学器件技术上取得重大突破，或者改变数据本身的处理方式。

• 组件的连接，例如带电脑的电脑
• 印刷电路板的连接，例如在计算器中
• 印刷电路板上组件的连接，例如带内存的 CPU
• 集成电路中的互连

虽然今天已经使用组件和印刷电路板的连接，但集成了来自和进入的连接n 电路仍在开发中。

光学连接元件和/或处理单元被集成到电子系统中。 光作为信息载体，逻辑开关过程是电子控制的。 这种方法对于在系统中分配时钟特别有用，它还可以xxx限度地减少时钟偏差。

这里特别使用无源光学元件。 光在这里也被用作信息载体，但切换过程是由改变非线性光学材料折射率的控制光束执行的。 这些组件具有类似于电子晶体管的特性。

光子逻辑是在逻辑门中使用光子。 当两个或多个信号组合时，通过非线性光学效应发生切换。

谐振器在光子逻辑中特别有用，因为它们允许能量从相长干涉中积累，从而放大光学非线性效应。

探索的其他方法包括使用光致发光化学物质在分子水平上的光子逻辑。