この項目では、??の電子工?によるものではなく光線を使ったコンピュ?タの一般について?明しています。量子 重ね合わせ による ?列コンピュ?ティング などに主眼のある?明については「 量子コンピュ?タ 」をご?ください。

光コンピュ?ティング の記事では、現在一般的な 電子工? による コンピュ?タ ではなく、 可視光線 あるいはその他の光線を利用し、光?的な?理による、あるいは光線の 光子 的な性質を使った コンピュ?ティング について?明する。これを用いたコンピュ?タが 光コンピュ?タ である。

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電流はコンピュ?タシステム?に熱を生じさせてしまう。?理速度が向上すると、要求される電力量が?えてしまい、この余分な熱がハ?ドウェアに決定的なダメ?ジを?えてしまう。しかしながら、光子は?質上、電子と比べてある?えられたサイズに?して量が少なくてすむ。このようにして、よりパワフルな?理システムの開?が可能となる。デバイスと部品サイズにおいて、目に見える光と赤外線のネットワ?クにおける幾つかの長所を?用することによって、 コンピュ?タ は、?存の電子コンピュ?タと比べて?倒的な速さで?理を行うことが出?るようになるものが、いつか開?されるものと思われる。

金?導?ではなく、 コヒ?レント な光線は、お互いに 干? することなく（少なくとも、交差した後についても）通過する。電子はお互いに反?するが、一方で光子はそうはならない。このことにより、銅線を?って?た信?は、速度が急速に落ちる。 光ファイバ? ケ?ブルには、この問題は?生しない。幾つかの レ?ザ 光線は、基本的に２次元に閉じ?められたときでさえ、それらの間で少しや全く干?の無い、そのような?路が交差する方法によって?えられる。電流はお互いに導かれなければならないし、これが３次元の結線を必要なものにしている。このように、光コンピュ?タは電子コンピュ?タと比べて?倒的に速いのに加えて、より小さくもできると思われる。

多くの?究プロジェクトは、バイナリデ?タを?理する光デジタルコンピュ?タシステムにおける結果をもとに、現在のコンピュ?タの部品を、光の同等のものに置き換えることに焦点を?てている。このアプロ?チは商業光コンピュ?ティングの最も良い短期的な見通しを提供するように見える。それは、光部品は光／電子の ハイブリッド を生み出すこれまでのコンピュ?タに集積することができるからである。 しかしながら、光電子デバイスは、電子を光子やその他に?換するエネルギ?の30%を失ってしまう。これはまた、メッセ?ジの?送を?くしてしまうことになる。全光コンピュ?タはスイッチング ^[1] の必要を排除する。

光コンピュ?ティングの原理を使うアプリケ?ション特有のデバイスが設計される。例えば、 光相?器 などである。このデバイスは、物を?出し、後を追跡するなどの?用に使用することができる。

バイナリデジタルコンピュ?タ用の光?部品 [ 編集 ]

現代の電子コンピュ?タの基本的な構成要素は トランジスタ である。電子部品を光部品に置き換えるためには、「光トランジスタ」が必要となる。これは 非線形屈折率 をもつ材料 ^[2] を使うことによって達成されている。特に、材料は入射してくる光の?度が?送される光の?度に影響を?える材質において、電子トランジスタの電??答と同じような方法で、存在する。その「光トランジスタ」 ^{[3] [4]} は、コンピュ?タの CPU のハイレベルの部品の中に順に集積される、光論理ゲ?トを作るために使用される。これらは他を制御することにおいて、光のビ?ムを操作するために使われる非線形結晶である。光ベ?スのコンピュ?ティングのための光インタ?コネクションにおける大きな進展があった。現在では、 インテル によってインタ?コネクションはテスト段階であり、?張されている。

議論 [ 編集 ]

?究者の中に光コンピュ?タの??の能力に?して、進行中の意見の隔たりがある。光コンピュ?タが 半導? ベ?スの電子コンピュ?タと、スピ?ドや消費電力、コスト、フォ?ムファクタ?に?して、競?することができるかどうかである。光コンピュ?タには競?力があるという見解の反?者は ^[5] 、?世界の論理システムは、「論理レベルでの修復、カスケ?ド接?性、論理出力?、入出力の分離性」が要求されており、これらの全ては、現?に、低コスト、低消費電力、そしてハイスピ?ドの電子トランジスタで提供されていると主張する。少しだけの特定分野への?用を越えて、光ロジックが競?力をもつには、非線形光デバイス技術における大きなブレ?クスル?が要求され、もしかするとコンピュ?ティングそれ自身にパラダイムシフトが必要であると思われる ^{[ 誰によって? ]} 。

誤解、挑?、見通し [ 編集 ]

光の要求される利益は、消費電力を削減することができることである。しかし光通信システムは典型的に、短い距離で電子のものよりもより多くの電力を消費する。これは、光通信?路の ショット?音 の方が、電子通信?路の 熱?音 よりも大きいことが、情報理論から、同じデ?タの能力を達成するのにより大きな電力を必要とすることが分かっているからである。しかしながら、より長い距離や、より大きなデ?タ?送レ?トでは、電?の配線によるロスは十分に大きく、光通信は電子と比べて低消費電力である。通信のデ?タ?送レ?トは上昇するにつれて、この距離は長くなり、コンピュ?ティングシステムにおける光の使用の可能性は、?質的になってくる。

光コンピュ?ティングにおける意味のある挑?は、複?の信?が解答を計算するために相互に作用する、非線形?理である。電磁波である光は、物質中の電子の存在下において、別の 電磁波 とだけ作用を及ぼし、この作用の?さは、これまでのコンピュ?タにおける電子信?とくらべて、十分に弱い。光コンピュ?タのための?理要素におけるこの結果は、トランジスタを使っているこれまでの電子コンピュ?タよりも大きな電力を必要とすることを意味する。これまでに、コンピュ?タ?理における電子は優れたものであった。しかし、40GHzよりも速いスピ?ドでは、光だけがうまく?理をすることができる。 ^[6]

光ロジック [ 編集 ]

論理ゲ?ト（NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR）における光ロジックは 光子 （光）の使用によって?現されている。２つまたはそれ以上の信?が結合されるとき、非線形の光?果の使用がスイッチングにおいて得られる。光ロジックにおいては、 共振器 が特に役に立つ。なぜなら、それらは建設的干?から、エネルギ?のビルドアップが許されるからである。このように光の非線形?果は高められる。最近?究されている他のアプロ?チとしては、光揮性の化?を利用した分子レベルでの 光ロジックなどが含まれている。

?考文? [ 編集 ]

• ?場文男、一岡芳樹編著、”光コンピュ?ティングの事典（普及版）”、朝倉書店、 ISBN 4-254-22152-5
• Ibrahim TA, Amarnath K, Kuo LC, Grover R, Van V, Ho PT. Photonic logic NOR gate based on two symmetric microring resonators . Opt Lett. 2004 Dec 1;29(23):2779-81.
• Biancardo M et al. A potential and ion switched molecular photonic logic gate , Chem. Commun., 2005, (31), 3918-3920
• J. Jahns and S. H. Lee, eds., "Optical Computing Hardware", Academic Press, Boston (1994).
• Optical Computer Architectures: The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers , Optical Computer Architectures: The Application of Optical Concepts to Next Generation Computers book by Alastair D. McAulay (1999)
• BARROS S., GUAN S. & ALUKAIDEY T., "An MPP reconfigurable architecture using free-space optical interconnects and Petri net configuring" in Journal of System Architecture (The EUROMICRO Journal) Special Double Issue on Massively Parallel Computing Systems vol. 43, no. 6 & 7, pp. 391?402, April 1997
• D. Goswami , "Optical Computing", Resonance, June 2003; ibid July 2003. Web Archive of www.iisc.ernet.in/academy/resonance/July2003/July2003p8-21.html
• Todd Main, Robert J. Feuerstein, Harry F. Jordan, Vincent P. Heuring, John Feehrer, and Carl E. Love, "Implementation of a general-purpose stored-program digital optical computer," Applied Optics, Vol. 33, pp. 1619?1628 (1994) ( http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=ao-33-8-1619 )
• T.S. Guan & S.P.V. Barros, "Reconfigurable Multi-Behavioural Architecture using Free-Space Optical Communication" in Proceedings of the IEEE International Workshop on Massively Parallel Processing using Optical Interconnections. , April 1994
• T.S. Guan & S.P.V. Barros, "Parallel Processor Communications through Free-Space Optics" in IEEE Region 10's Ninth Annual International Conference on Frontiers of Computer Technology , August 1994
• Architectural issues in designing symbolic processors in optics
• K.-H. Brenner, Alan Huang: "Logic and architectures for digital optical computers (A)", J. Opt. Soc. Am., A 3, 62, (1986)
• K.-H. Brenner: "A programmable optical processor based on symbolic substitution", Appl. Opt. 27, No. 9, 1687?1691, (1988)
• N. Streibl, K.-H. Brenner, A. Huang, J. Jahns, J. L. Jewell, A. W. Lohmann, D.A.B. Miller, M. J. Murdocca, M. E. Prise, and T. Sizer II, Digital Optics, Proc. IEEE 77, 1954-1969 (1989)
• NASA scientists working to improve optical computing technology
• Optical solutions for NP-complete problems
• International Workshop on Optical SuperComputing 2008
• International Workshop on Optical SuperComputing 2009
• International Workshop on Optical SuperComputing 2010
• Speed-of-light computing comes a step closer New Scientist

Optical Implemnetation of Bounded non Deterministic Turing Machine, Patent by Shlomi Dolev and Yuval Nir Filed May 2003 in Israel, May 2004 USA; ^[7] Solving Hamiltonian, and other NP-Complete problems. ^[8]

脚注 [ 編集 ]

?連項目 [ 編集 ]

• 集積回路
• 光ファイバ?
• Innovative Optical and Wireless Network (IOWN) - NTTグル?プ が 2019年 に?表した、次世代ネットワ?ク?情報?理基盤の構想。ネットワ?クから端末まで全ての情報?理に光ベ?スの技術を導入する「オ?ルフォトニクス?ネットワ?ク」が主要構成要素として含まれる。

外部リンク [ 編集 ]

• ?用物理??　日本光??　情報フォトニクス?究グル?プ (日本最大の光コンピュ?ティングの??)
• This Laser Trick's a Quantum Leap
• Photonics Startup Pegs Q2'06 Production Date
• Stopping light in quantum leap
• Optical Switch Variations
• High Bandwidth Optical Interconnects