在计算机世界，有一个公认的规律：今天所买的电脑，明天就会过时。然而，对我们这些门外汉来说，“过时”只是因为电脑又贬值了，又有新型号出来了。但实际上，事情并没有这么简单。
中央处理器里的芯片，正在不断地增强它的功能，而与此同时，它的体积却在不断缩小。早在1965年，后来成为英特尔公司创始人之一的戈登·摩尔就预言：在1975年以前，芯片上的晶体管（即传输电子信号的电路）数量每，18个月左右就会增加1倍。这意味着，计算机的运算能力将以非常快的速度增长。
到2002年的今天，计算机的发展已经远远超过了摩尔预言的期限。技术专家根据摩尔法则揭示的秘密，不断地扩展芯片的功能，以满足人们日益增长的需求。但是，专家们都清楚地感觉到，已经有一个界限在一步一步的逼近。为了让“摩尔法则”的期限再延长10年或更多的时间，各地的计算机工程师们都在努力工作。这对计算机用户来说当然是好事，但对芯片制造商们来说，则意味着从未有过的艰巨挑战。
芯片打算怎么办
按照摩尔法则，10年后的电脑芯片每秒钟能完成10000亿次运算。但如果继续沿用现在的设计技术制造这样的电脑芯片，它散发的热量将不亚于一座核电厂。而我们知道，电脑必须有良好的散热装置，否则就会经常死机，严重的还会把电脑烧坏。在“核电厂”这样的环境中，怎么可能使用电脑呢？因此，在获得高速度的同时，如何限制芯片的功率，就成为第一堵横在路上的墙。
把电脑芯片的功率限定在一个额定单位里，绝不是件容易的事情。因为晶体管的体积极其微小，要想同时实现高速度和低功率，就要降低功率，就必须进行技术创新。现在，科学家已经研究出了一些比较有效的方法。由此可见，这个问题似乎还不是最难应付的。
对芯片设计人员来说，最主要的问题，还是如何缩小芯片的体积。摩尔法则之所以成立，主要是因为随着技术的进步，晶体管的体积在不断缩小，这样便可以在一枚硅片上集成更多数量的晶体管，提高信息传递的速度，计算机的工作能力也就由此增强了。
但是，晶体管数量的增加，意味着硅片空间的缩小和热量的增加。设计工作也因此变得日益复杂起来。目前的情况，已经像要往一个针尖上塞进越来越多的人——样困难。这些矛盾该如何解决呢？
开发新的计算机
越来越多的专家认识到，试图在传统计算机的基础上，大幅度提高计算机的性能，永远都是一个空想。只有一切重新开始，才可能找到计算机发展的突破口。很多专家都在探讨，如何利用生物芯片、神经网络芯片等全新技术，促进计算机的再次飞跃。但也有很多专家把目光投向了最基本的物理原理上，他们认为以光子、量子和分子计算机为代表的新技术，将推动新一轮的超级计算技术革命。
分子计算机
分子计算机之所以成为可能，靠的是当信息变成正负电荷存在时，分子晶体可以充分的吸收它们，并且以更有效的方式组织和排列这些电荷，实现对信息的高效处理。而且随着纳米技术的发展，分子计算机的体积将剧减到令人难以置信的程度。
此外，消耗在分子计算机上的电能也将大大减少，但这并不影响它长期存储大量数据的能力。
美国加州大学和惠普公司的联合研究小组，曾在英国《科学》杂志上发表文章，称他们能通过特殊技术，制作出分子“逻辑门”这种分子电路的基础元件。美国橡树岭国家实验所的研究人员，则采用另一种方式制造出了“逻辑门”。他们把菠菜中的一种微小蛋白质分子提取出来，使之附着于金箔表面，并严格控制了分子排列的方向。．实验结果表明，这种蛋白质分子可以在非常短的时间内产生感应电流，也就是说，由它制成的电路可以在很短的时间内开关“逻辑门”，让大量的信息通过。
2001年9月，IBM的科学家第一次在一个单分子内，建成了计算机逻辑电路。这将最终促使更小、更快、更低能牦的新型计算机问世。当我们一直采用的硅芯片技术在未来10到15五年内达到极限，不可能再缩小时，这个接班人会代替它再好好干下去。
光子计算机
光子计算机是用光子取代电子，进行数据的运算、传输和存储的新型计算机。‘在这类计算机中，不同的数据由不同波长的光来表示。这种方法，远胜于电子计算机利用电子“0”和“1”的状态变化通过进行二进制运算来处理信息。因此，出现复杂度高、计算量大的任务时，光子计算机能够实现快速的并行处理，效率大大超过了电子计算机。据科学家估计，光子计算机将使运算速度呈指数倍地上升。
然而，要想制造真正的光子计算机，需要开发出一种光学晶体管作为基础元件。有了光学晶体管，就可以用一束光波控制另一束光波，从而达到控制光子移动的最终目的。从理论上说，科学家们可以设计出这样的装置，但是它需要的温度等条件太苛刻了，很难进入实用阶段。
最近，美国的贝尔实验室宣布，它已经研制出了世界上第一台光学计算机，运算速度高达每秒10亿次。尽管这台计算机与理论上的光学计算机还有一定距离，但已显示出强大的生命力。
量子计算机
把量子力学和计算机结合起来的可能性，是在1982年由美国著名物理学家理查德·费因曼首次发现的。不久之后，英国牛津大学的物理学家戴维·多伊奇，于1985年初步阐述了量子计算机的概念，并指出，量子并行处理技术会大大提高传统计算机的功能。
量子计算机最根本的优势在于，它是利用比分子更小的原子，作为最基本的数据单位来进行运算。美国、英国和以色列等国家，都先后开展了有关量子计算机的基础研究。
虽然分子、光子和量子计算机的研究才刚刚起步，它们究竟具有什么样的功能也并不清楚，但科学家们却都充满信心，各国政府也非常支持他们的科研工作。在全世界的关注和支持下，这几种新型计算机都将在未来一二十年内，取得突破性进展，并以独特的形象与我们见面。
纳米计算机初露锋芒
1990年7月，第一届“国际纳米科学技术学术会议”在美国召开了，从此，纳米技术作为一门科学，受到了人类的重视。全世界的科学家都被纳米的“魔力”征服，纷纷投入到这股新兴的研究热潮中。
在很多科幻作家的笔下，纳米材料都被用来生产武器，建造楼房。但在现实当中，人们要实现这样的理想，还需要数十年的努力。不过，总是产生奇迹的计算机领域，这次的表现又与众不同。应用纳米技术研制新型计算机，已经呈现出一丝鼓舞人心的曙光。
美国惠普实验室的科研人员正在应用纳米技术，研制计算机内存上的芯片。这块芯片的体积不过数百个原子的大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。一旦他们的研究获得成功，研制和生产其他缩微计算机元件就有了更大的可能性，可穿戴式电脑也会因此取得重大突破。
专家们预测：在今后10年内，现在的芯片生产技术将达到极限，但人们并不需要为此担心。因为和分子计算机、量子计算机、光子计算机一样，纳米技术也为21世纪计算机的发展，指明了新的发展方向。
与现在的芯片制造技术相比，采用纳米技术生产芯片，成本可谓十分低廉。因为它既不需要建设超洁净生产车间，也不需要昂贵的实验设备和庞大的生产队伍，只要在实验室里将设计好的分子“混合”在一起，就可以造出芯片。芯片制造商将因此节省数百万美元的生产成本。而芯片的价格也将随之急剧下降。这样，即使是未来的日用电子设备，甚至玩具，也都能够装配上功能强大的纳米微处理器。
科学家们对自己的研究项目信心十足。他们相信只要各方面密切配合，一定能在今后的两年之内，研制出能够容纳16个字节（相当于16个英文字母）数据的分子内存芯片。在这种内存芯片上，将布满纳米级的导线。每两个导线相交的节点，就是一个分子“开关”。这些开关将决定芯片中的信息存储量，并影响通信线路的速度。
研究量子电脑并不容易
大约到2030年，每个人桌上的电脑主机不会再使用芯片与半导体，而是充满液体。而这正是新一代量子电脑的奇特造型。
也许你已经知道，量子电脑应用的不再是现实世界里的物理定律，而是玄妙的量子原理。它的运算速度可能比目前个人电脑的奔腾Ⅲ芯片快10亿倍，可以在二瞬间搜寻整个国际网络，也可以轻易破解任何安全密码。而且，最重要的一点是，这一切绝非科幻小说。与传统电脑不同的是，量子电脑将以原子而非芯片进行运算。第一台量子电脑可能会是个粗糙、昂贵、只能用一次的科学实验品，但2001年以来的各种实验结果显示，这项科学理论的确管用。
