据加拿大麦克马斯特大学官网近日报道，该校研究人员让图案化的光影彩带穿过聚合物立方体的不同面，并读取显现的综合结果，开发出一种简单且高度新颖的计算方式。

背景

传统的电子计算机是通过电流来传递和处理信息，用晶体管操控电信号，进行二进制信息“0”和“1”的比特运算。

（图片来源：谢菲尔德大学）

近年来，由于摩尔定律面临严峻挑战，传统计算机芯片的性能提升正遭遇瓶颈。因此，科学家们开始探索新的计算方式，例如量子计算机、细胞计算机等。

"IBM Q"量子计算机系统（图片来源：IBM研究院）

具有双核处理器的细胞计算机 (图片来源： Colourbox/Steven Emmett, ETH Zurich)

光学计算技术，即采用光学方法来实现运算处理和数据传输的技术，也是一种非常重要的新兴计算方式。它不仅可以降低能耗，还可以提升运算速度。

基于光线的脑启发芯片示意图（图片来源：Johannes Feldmann）

创新

近日，加拿大麦克马斯特大学的研究人员，让图案化的光影彩带穿过聚合物立方体的不同面，并读取显现的综合结果，开发出一种简单且高度新颖的计算方式。

（图片来源：麦克马斯特大学）

这项研究的论文于5月24日在《自然通信（Nature Communications）》期刊上发表。研究人员是化学与化学生物学副教 Kalaichelvi Saravanamuttu 的研究生们。Saravanamuttu 副教授的实验室的研究集中在由自然生物系统启发的创意。

技术

立方体中的材料读取并直观地响应光线，这种方式非常像植物转向太阳或者墨鱼改变皮肤的颜色。

研究人员们能够采用他们的新方法处理简单的加减运算问题。

这种计算方式是高度局部化的，无需电源，且完全工作在可见光频谱范围内。这项技术是化学的一个分支“非线性动力学”的一部分，并采用设计和制造好的材料生成特定的光线响应。

研究人员让分层的光线条纹照射通过微型玻璃盒的顶部和侧面。该玻璃盒含有棕色的聚合物，其本身的尺寸与棋牌游戏中使用的骰子差不多。该聚合物一开始是液体，然后转化为可响应光线的凝胶。

一束中性载波从背面通过立方体，照向可以读出结果的摄像头，并由立方体中的材料引起折射。材料的成分自动形成数以千计的细丝，这些细丝对光线图案作出响应，并生成可以表示结果的新三维图案。

价值

Saravanamuttu 表示：“自主的材料可以响应刺激并进行智能运算。我们对于能通过这种方法进行加减运算感到非常兴奋，我们正在考虑实现其他计算功能的方法。”

这项研究代表了一种全新的计算方式。研究人员称，这种计算方式有望实现我们尚未想象到的复杂且有用的功能，很可能根据神经网络的结构进行组织。

论文合著者之一、化学系研究生 Fariha Mahmood 表示：“我们并不想与现有的计算技术竞争，但是我们尝试打造能进行更智能的复杂响应的材料。”