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2024-12-02 14:18:14 風(fēng)云之聲

《三體》電視劇中的人列計算機(jī)

稍有計算機(jī)知識的人,，會明白基于電流,、電壓的半導(dǎo)體做計算是比較自然的,，二進(jìn)制邏輯不難懂,。就如劉慈欣《三體》中描述的,，用幾個士兵就能演示與,、或,、非基本邏輯計算，進(jìn)而實現(xiàn)加減乘除等數(shù)學(xué)運算,，直到整個計算機(jī)系統(tǒng),。

集成光路示意圖

光子其實也是可以搞計算的，而且是零能耗,。上圖是一個與“集成電路”類似的“集成光路”,，激光器產(chǎn)生的光在“光路”的各種元器件里傳輸處理，效果相當(dāng)于計算,。你可能會想到我的朋友袁嵐峰經(jīng)常介紹的,、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研發(fā)的“九章”系列量子計算機(jī)，但它和這里說的光計算并不是一回事,。九章也是用光來做計算,，但它是利用單個光子的量子特性，如疊加和糾纏,。而一般說的光計算,，用的還是大量光子的干涉、衍射等經(jīng)典特性,。

例如一束光通過透鏡衍射,，就可以理解為執(zhí)行傅里葉變換積分。整個過程是“無源”的,，能耗為零，無須如集成電路那樣外加電源,。再一個例子是馬赫-曾德爾干涉儀（MZI,，Mach–Zehnder Interferometer），可以直接構(gòu)造出一個2 × 2的矩陣,，也是無源的,。級聯(lián)的MZI可以進(jìn)行矩陣乘法，非常有特性,，讓MZI成為光計算的基礎(chǔ)單元,，ACCEL論文里也提到了MZI。這就有些專業(yè)了,，不象電子世界的二進(jìn)制邏輯那樣容易理解,。

下面我們來稍微詳細(xì)地介紹一下馬赫-曾德爾干涉儀,。你可能聽說過恩斯特·馬赫，他是非常著名的物理學(xué)家和哲學(xué)家,，愛因斯坦多次表示受到過他的很大啟發(fā),。但馬赫-曾德爾干涉儀中的馬赫并不是恩斯特·馬赫，而是他的兒子路德維?！ゑR赫,。路德維·曾德爾1891年提出這種干涉儀的構(gòu)想，路德維?！ゑR赫1892年改進(jìn),，兩人提出的這種干涉儀構(gòu)型很靈活，被廣泛應(yīng)用于量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究,。MZI后來應(yīng)用到了光通信,，近來又用到了光計算，在光學(xué)測量中也很常用,。

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