В настоящее время развитие компьютерных технологий активно продолжается и на смену традиционным видам компьютеров приходят альтернативные.
На современном этапе различают следующие виды альтернативных компьютеров:
Элементная база компьютеров основана на классическом электронном принципе. Ограничения, связанные с волновой природой микрочастиц, мешают модернизации элементной базы. Поэтому для дальнейшего развития компьютерных технологий необходимы совершенно новые идеи, одной из которых является создание альтернативного компьютера – квантового.
Для понимания сущности работы квантового компьютера необходимы серьёзные знания в области квантовой механики.
Основная ячейка квантового компьютера – квантовый бит (ку-бит). Ку-бит существует в двух основных состояниях, которые обозначаются как 0 и 1. Два значения квантового бита могут представлять собой направления вниз и вверх спина ядра атома, два положения электрона в полупроводнике и т.д.
Устройство квантового регистра аналогично устройству классического регистра. Это цепочка, над которой можно проводить однобитные и двубитные операции.
Возможности квантового компьютера заметно превышают возможности традиционных компьютеров. Они способны обрабатывать информацию во много раз быстрее. Однако существуют задачи, с которыми квантовые компьютеры пока не могут справиться. Тем не менее с развитием информационных технологий данные проблемы будут решены и квантовые компьютеры станут новым этапом развития компьютерных технологий.
Первый квантовый компьютер представлял собой D-wave 16 кубитный квантовый компьютер, разработаный канадской компанией. В сфере создания коммерчески доступных квантовых компьютеров данная компания стала первопроходцем. В 2015 году в продаже появился 1000 – кубитный квантовый компьютер, закупленный NASA b Google. Каждые два года число кубитов повышается. И уже 2017 году канадская компания представила 2000-кубитный компьютер. Размер самого процессора составил не более двух сантиметров. Основной частью трёхметрового вычислителя была система охлаждения. Для постоянной работы процессора, который состоял из более 128 тысяч джозефсоновских контактов, система могла охлаждаться до 15 милликельвин, то есть температура понижалась сильнее, чем в открытом космосе.
С появлением возможности использовать квантовый компьютер пользователями появится квантовая связь, позволяющая осуществить защищённое соединение. При этом информация в квантовых сетях будет защищена гораздо надёжнее, чем в традиционных компьютерных системах.
Другим видом альтернативных компьютеров являются фотонные компьютеры. В основе работы этого вида компьютеров лежит использование квантов света – фотонов. Важнейшие преимущества фотонных компьютеров обусловлены особенностями распространения света:
Основная проблема заключается в том, что к настоящему времени не удалось разработать оптические аналоги электрических проводников. Оптические волокна, передающие световые лучи, не помещаются в ограниченный объём. Практическую основой фотонного компьютера могут составить фотонные кристаллы, способные пропускать или задержать свет лишь с определённой длиной волны. Образцы фотонных кристаллов, которые были разработаны современными учёными, имеют микронные размеры, что представляет значительный интерес для телекоммуникаций.
Усилиями Российского федерального ядерного центра была разработана фотонная вычислительная машина. Данный компьютер решает задачи, которые полупроводниковым компьютерам оказываются слишком сложными. Использование перспективных технологий фотонных компьютеров позволяет значительно снизить количество потребляемой энергии.
Молекула ДНК фактически является компьютером, который создала природа. В этой молекуле заложена программа, определяющая особенности организма.
Компьютер, который принимал бы за основу подобный принцип работы не смог бы выполнить сложных операций. Однако теоретически доказана возможность создания такого компьютера. В настоящее время проведены экспериментальные исследования по возможности создания биокомпьютеров. На данный момент на основе исследований и экспериментов разработано биоустройство, способное отвечать на вопрос, требующих ответов «да» или «нет». Количество правильных ответов разработанного устройства составило 99,8%.
В настоящее время функциональные возможности значительно ниже по сравнению с возможностями человеческого мозга. В современной кремниевой системе имеется число элементов, соответствующее нескольким десяткам нейронов. В связи с этим имеются огромные перспективы перед разработчиками компьютеров нового поколения.
Важнейшей целью исследований возможностей разработки биокомпьтеров является создание живых организмов, которые можно было бы генетически запрограммировать на осуществление необходимых прикладных действий. Исследования доказали, что существование нейронно-кремниевых цепей возможно. Однако для осуществления данных задач необходимо применение инновационных подходов к разработке биологических компьютерных систем.