Оптическая(фотонная) архитектура
Оптические технологии давно уже используются в компьютеростроении. Например, это различные оптические накопители информации, в системах коммуникации ипользуются световые импульсы для передачи потоков информации. Идея использования света для обработки информации стала осуществимой лишь недавно. Главной преградой для оптических(фотонных) вычислений долгое время была невозможность обрабатывать световую информацию без использования промежуточных электронных компонентов между вводом и выводом. Открытие интерференции, основанной на оптической логике, решило эту проблему.
Оптическая логика основана на простом факте: когда встречаются два когерентных(с постоянным фазовым сдвигом) световых импульса одинаковой интенсивности, они образуют конструктивную интерференцию (интенсивность света удваивается) при совпадении фаз и деструктивную(уничтожают друг друга) при фазовом сдвиге 180 градусов. Когда два импульса взаимодействуют в одном канале, на интерференцию накладывается дифракция: за щелевой преградой образуются участки как конструктивной, так и деструктивной интерференции. Таким образом, помещая детектор выходного сигнала в соответствующих точках, можно получать нужные логические операции с изначальной парой световых импульсов.
Главное преимущество оптической логики перед креимневой в том, что фотоны распространяются гораздо быстрее электронов. Более того, в оптической логике данные поддаются конвейеризации. Оптическим компонентам не нужно формировать выходной сигнал до того, как они воспримут новый выходной сигнал, а значит, они могут обрабатывать целый поток данных.
Оптическая логика имеет также и ряд недостатков, особенно если говорить о последовательном соединении оптических затворов для построения компьютера. При построении сложного компьютера простая оптическая модель переходит в область голографии, и для построения логики тербуются разного рода световые шины. Еще более сложная проблема вытекает из того факта, что световые импульсы, которые образует оптичекая логика, могут иметь удвоенную интенсивность или иметь один из двух возможных файловых сдвигов в зависимости от того, какой из двух вхлдных сигналов включен. Это означает, что фазу и интенсивность импульсов необходимо контролировать по всей системе посредством оптичеких усилителей. Если эти проблемы будут решены, практичекая реализация оптических микропроцессоров на подложке из стекла или пластика станет вполне возможной.
Квантовая архитектура
В основе квантовых вычислений лежит атом - мельчайшая единица вещества. Квантовые вычисления принципиально отличаются от традиционных, так как на атомном уровне в силу вступают законы квантовой физики. Один из них - закон суперпозиции: квант может находиться в двух состояниях одновременно. Обычно бит может иметь значение либо 1, либо 0, а квантовы бит(qubit) может быть еденицей и нулем одновременно.
Атом - "удобное" хранилище информационных битов: его электроны могут занимать лишь ограниченное число дискретных энергетических уровней. Так, атом высокого энергетического уровня мог бы служить логической единицей, а низкого - логическим нулем. Очевидным недостатком здесь является нестабильность атома, поскольку он легко меняет энергетический уровень в зависимости от внешних условий.
Поскольку управлять энергетическим уровнем одного атома нереально, предполагается использовать длинные молекулы (цепи из миллиардов атомов) таким образом, чтобы величину их содержимого можно было менять путем бомбардировки первого атома в цепи лазерным лучем. Длинные молекулы тоже весьма нестабильны, и их надо хранить при сверхнизкой температуре. Да и сбор данных требует весьма сложного оборудования, так что до массового производства подобных систем еще далеко.