Оптический компьютер стал ближе
Современные компьютеры построены на электронных элементах, использующих для своей работы электрический ток. Однако при его протекании выделяется тепло, которое становится главным ограничителем увеличения быстродействия компьютеров за счёт возрастания тактовой частоты процессоров. Чем больше эта частота, тем больше быстродействие, но одновременно больше выделяется и тепла, которое приводит к нарушению работоспособности устройств. Поэтому тактовая частота современных процессоров, как правило, ограничена несколькими гигагерцами.
В перспективе повысить производительность на несколько порядков способны оптические устройства, в которых электрические токи заменят лучи лазеров. Но желательно, чтобы логика вычислений в них осталась прежней. Это позволит применить в фотонных вычислительных машинах все разработки и достижения, которые сейчас используют для электронных машин.
Процессоры компьютеров состоят из огромного количества транзисторов, сгруппированных в базовые элементы, выполняющие элементарные логические операции, хорошо знакомые всем «И» («AND»), «ИЛИ» («OR»), «НЕ» («NOT») и др. Такие элементы получили название «логические вентили». На их входы подаются сигналы, соответствующие «0» и «1» (это может быть отсутствие и наличие светового импульса), а на выходе после определённых преобразований выводится также «0» или «1». Например, вентиль «НЕ» превращает «0» в «1» и наоборот. Сложные цифровые схемы из множества разнообразных вентилей позволяют процессорам выполнять всё то многообразие действий, с которыми мы имеем дело на практике.
Среди логических вентилей существуют так называемые универсальные. Это означает, что, оперируя только ими, можно построить схемы, выполняющие остальные логические операции. Использование только одного вентиля увеличивает сложность схем, тем самым снижая их надёжность и быстродействие, зато создание такого вентиля делает принципиально возможным конструирование процессора. К универсальным относится, в частности, вентиль «NOR», эквивалентный операции «ИЛИНЕ» с логической формулой NOT (A OR B). Его таблица истинности приведена на рисунке.