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计算机技术与网络安全研究
Computer Technology and Cyber Security Research

（一）光子计算机
光学计算机与电子计算机传递信息的载体有显著不同，它利用激光传送信
号，以光互连代替导线互连，以光硬件代替电子硬件，以光运算代替电运算，实
现数据运算、传输和存储。构成光子计算机的光学器件和设备包括激光器、光学
反射镜、透镜、滤波器等。光子晶体管、光逻辑元件、光子存储器件、光子探测

器件、光空间调制器件等功能元器件通过调整相位、偏振、振幅、强度或波长等
参数形成。将多种光电元器件集中在一块芯片上，形成光子集成器件，进行光信
号高速传输与处理。

光子计算机包括光模拟信号计算机、全光数字信号计算机、光智能计算机
三类。光模拟信号计算机直接利用光学图像的二维性，结构简单，但为并行快速
计算，且信息容量大，广泛用于卫星图片处理和模式识别等。全光数字信号计算
机采用电子计算机的结构，但用光学逻辑元件（光控制器、光存储器和光运算器
等）取代电子逻辑元件，用光子互连代替导线互连。光智能计算机以并行处理（光

学神经网络）为基础，是基于人工智能的最新技术。
1. 光子计算机的发展瓶颈及突破方向
光子计算是计算科学领域的“明日之星”，但三方面因素制约和影响其规

模发展和广泛应用。
技术问题。光学器件体积一般比较大，要将光路缩小比较困难，要集成到
芯片级别更加困难。因而，光学器件的微型化、集成化影响和制约了光子计算机
研发及应用。早期的研究中，如何实现电信号与光信号互相转变、如何实现光信
号在不同端点处的定向传送、如何实现光信息长期存储等瓶颈问题，一度让研究

降温。
材料问题。光子器件的选材是制造业中非常重要的环节。从功能角度考虑，
需要选择对光非线性材料特性系数大、光损阂值高、开关能量耗损小、开关时间

短和没有色散的材料。从加工角度考虑，需要选择机械强度高、工作温度范围宽、
不易氧化或者腐蚀、不易变形和易于加工，且能成为薄膜状的材料。目前还没有
无可应用的、成本低廉的、可重复读写的材料。
成本问题。光电技术的优势作用与芯片级平台，不仅只要技术，还要实现
低成本，才可能把技术规模化。目前大多光子器件都采用砷化镓和磷化铟之类的

特殊半导体制造，成本比较高，处理与封装十分复杂，很难用于单台计算机甚至

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