光學計算機未來是否會替換電子計算機？
大家都知道，光學計算在今年一直是一個熱點，比如用光學器件實現傅里葉變換更快更簡潔。那麼未來是否有可能達到光學計算機的成熟實現，甚至淘汰電子計算機，需要經過多少年？畢竟電子計算機受摩爾定律的制約目前暫時發展有限。同時制約光學計算機發展的難題在哪些方面，架構？光學器件？大家認為目前光學計算機的發展空間和突破點在哪裡？
基於光子晶體的光電路。（
基於光子晶體的光電路。（https://books.google.dk/books?hl=zh-CNlr=id=owhE36qiTP8Coi=fndpg=PP2dq=molding+flow+of+lightots=6YgrrciVnJsig=jd_75Vn3jecS0zEZkA-UURshNhwredir_esc=y#v=onepageq=molding%20flow%20of%20lightf=false）
先上圖，再慢慢講。考驗我看文獻閱讀量的時候到了，以下權當科普，很多都是自己個人觀點和認識，歡迎大家指正。
光學計算機這是一個很大的題目，下面講講我的一些認識。
電子計算機到如今已經快觸及到瓶頸了，過一段時間可能跟不上Moore定律了。究其原因是隨著頻率提高，電路散熱、電路之間電磁耦合問題會變得很嚴重。隨著處理信息需求的增加，頻率肯定要往上升，現在基本處於GHz頻段，再往升就到了THz頻段，光頻段。
電子計算機的基礎在於電子，相對來說，在低頻率，電子具有比較小的自由度，它表現得十分穩定。
光學計算機的基礎在於光和電子，它們同等重要。毫無疑問，光本身就很複雜，然後還要考慮到它與電子的相互作用，這就更加複雜了。在光頻段，電子與電磁波的作用跟微波頻段不大一樣，因為電子本身有諧振頻率，大概就在光頻段，對於低頻來說，電子能很快跟上電磁波的振動，但是到了光頻段，電子已經跟不上光的變化速度了。所以光頻段的材料跟微波頻段或者更低頻段的材料，有著巨大的區別。
在微波頻段，材料的特性比較穩定，比如金屬（鋁，鐵等）基本可以當作完美導體，但是到了光頻段，金屬表現出很強的色散，比如，金的介電常數隨頻率變化，如下：
可以看出，金在光頻段就不是完美導體了（完美導體可以認為是介電常數的虛部等於負無窮大），而是介電常數實部為負數，虛部也很大的一種介質。
另外在光頻段，一般來說現在已發現的自然界物質磁導率都是為1的。（因為磁單極子現在都沒人發現呀）。
所以說，到了光頻段，可從自然界得到的材料表現的電磁特性，與微波頻段有著非常大的區別。
然後我們要用這些材料來構建一個光電路，最終得到光腦。
利用這些材料，我們又可以進而發展出現在主流的幾種光電路的基礎：第一是光子晶體：它的特點是，所使用的材料是基本的介電材料（比如硅），所以很容易用現有的技術加工。
二維光子晶體，藍色柱體是介質材料（
二維光子晶體，藍色柱體是介質材料（https://books.google.dk/books?hl=zh-CNlr=id=owhE36qiTP8Coi=fndpg=PP2dq=molding+flow+of+lightots=6YgrrciVnJsig=jd_75Vn3jecS0zEZkA-UURshNhwredir_esc=y#v=onepageq=molding%20flow%20of%20lightf=false）。
第二是超材料：超材料可以通過設計微結構來得到宏觀上的介電常數和磁導率。也就是說它給人們在材料上增加更多的選擇，並且有些是自然界中得不到的。這就大大增強了，人們對電磁波的可操控性。
三維開口諧振環超材料。（J.B. Pendry, et al., Scientific American, 2006）
第三是表面等離子體：結構簡單，在特定頻率有很強的慢波效應，可以大大減小器件尺寸。
表面等離子體。光打在金屬表面，光子會與電子相互作用，交換能量，在金屬表面產生一個表面波（
表面等離子體。光打在金屬表面，光子會與電子相互作用，交換能量，在金屬表面產生一個表面波（http://www.nature.com/scientificamerican/journal/v296/n4/full/scientificamerican0407-56.html）。
要構建一台光腦，我想應該至少要有下面這些東西：
波導：用於連接不同單元，交換信息。它可以轉彎，分叉，且要保持很高的傳輸效率。
單向傳輸：光學二極體，三極體的基礎，進而製作邏輯器件。
存儲：把光子的速度降低，以至於可以存儲下來。
波導
波導就是用來傳導電磁波的，傳統的光學波導有介質波導、光纖等，但是它在轉彎或者分叉時效率並不高，所以需要發展新的波導。
光子晶體波導：就是在光子晶體中去掉一列單元結構，由於光子晶體有stopband，所以在stopband內的波只能被限制在這個line-defect內，即使波導彎曲或者分叉，它也能保持很高的傳輸特性。
彎曲波導
T型分叉
光子晶體做成的光纖
以上來源：https://books.google.dk/books?hl=zh-CNlr=id=owhE36qiTP8Coi=fndpg=PP2dq=molding+flow+of+lightots=6YgrrciVnJsig=jd_75Vn3jecS0zEZkA-UURshNhwredir_esc=y#v=onepageq=molding%20flow%20of%20lightf=false。
表面等離子體也可以很有效的傳輸電磁波，並且有很強的慢波效應，可以大大減小器件尺寸。
石墨烯做成的波導。（
用金屬薄膜做成的支持spoof spp材料，可用於太赫茲。（Conformal surface plasmons propagating on ultrathin and flexible films）
還有一些其他的原理，比如諧振腔的相互耦合也可以傳輸電磁波。
單向傳輸：單向傳輸十分重要，這是製作光學二極體的基礎。
單向傳輸一直是一個熱點也是前沿問題，特別是近幾年。常見的單向傳輸材料是給材料加一個靜磁場或者採用旋光材料，破壞它的對稱性。光學拓撲絕緣體也可以基這種方法得到。
旋磁光子晶體能夠單向傳輸並且對一些缺陷免疫。（
旋磁光子晶體能夠單向傳輸並且對一些缺陷免疫。（Phys. Rev. Lett. 100, 013905 (2008)）
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慢慢寫。。。
純光學計算機，在可見的未來很難出現，更不要說淘汰電子計算機。
但hybrid型的計算機，就是計算部分基於電子晶體管（傳統CPU），而通訊部分用光信號，還是很有可能實現的。optical interconnect近年來一直是研究熱門，Intel也在做集成關學，從而肯定了這種趨勢。
當然這是對傳統構架的計算機來說。對於量子計算機，完全可能用光子實現量子計算，但這就是另一個話題了，而且量子計算機目前來看也只是在解決某些特定問題時有優勢，不大可能淘汰傳統計算機。
手機碼字沒法出去，索性換成電腦寫吧，多寫一點兒。
我的答案是至少近一二十年里，不會有什麼光腦，更別說取代電腦。這一點我同意 @楊宇嘉的觀點。
剛從OFC回來，其間還真有人又提到了當年那個「光腦」的梗，不過現在大家基本也就提著玩兒玩兒，沒多少人當真。現在工業界（至少就我了解）已經放棄了光腦這個美麗的idea。 原因很簡單，實現起來太難了。理論總是很豐滿，現實總是點點點。作為一個CPU，要實現的功能可不是做個與非門，讀取個數據那麼簡單。至少從目前的技術來看，電路的很多功能都不是光路能取代的。另外，就性能而言，光腦還真不一定比電腦好。拿功耗舉個例子。之前有一篇文章說單位比特功耗光腦要比電腦低，後來被證偽了，原因是作者沒有充分的考慮到光路中有源光器件如激光器的功耗。如果都算上的話，光路的功耗還要高於電路。
對於邏輯功能，架構之類的不懂，所以就不亂說了。不過對於光器件以及其工藝實現倒是還能再扯兩句。目前來說，對於能夠取代集成電路的大規模集成光晶元，成本是個問題，畢竟大規模應用的話傳統的III-V材料還是貴啊。如果換成低成本的硅的話，晶元上集成的光源又成了另一個問題（目前常用的四組材料如硅，鍺是間接帶隙半導體，不能用來做半導體激光器，在這兒就不展開了）。目前工業界主流的方法是Hybrid Integration，也就是III-V on Si的設計，把III-V材料用wafer bonding的方法做在硅襯底上，然後還是用III-V來做激光器。不過問題又來了，這個wafer bonding不還是得使用III-V襯底么？ 所以貌似這個成本也還是有那麼點兒高啊。然後又有blabla一些其他的方法被提出，當然目前還只是學術界在折騰（包括俺們組），具體將來能不能用到，其實我們心裡也沒底兒。之所以扯這麼多，就是想告訴題主，科學家的眼裡世界是無比美好的，充滿了那麼那麼多的可能。而工程師的世界，充滿的基本都是呵呵呵呵呵呵。
所以目前集成光學的應用，主要還是在光互聯上吧。一個是微觀一點兒的晶元間互聯，另一個是數據中心（最近幾年雲計算這麼火）里各個伺服器之間的高速互聯，如很多公司都在做的Active Optical Cable（AOC）就是一個例子。至於光腦，再等等吧，除非有什麼吊炸天的重大突破，短時間內是不可能了。
當然我還是希望集成光學的應用越來越廣，這樣將來俺就能多混點飯吃了。之前想選光子晶體方向研究的，讀了二十來篇文章和綜述就趕緊棄坑了。
不能一竿子打死，但是我只能說，可預期的未來內出現全光子計算機的可能性非常非常非常非常低。
這個東西，二十年前就開始吹，現做還在吹，只不過聽眾換了一批
目前 光學器件和電學比最大的不足是集成度太低。電子器件目前集成度發展飛速，集成電路把成千晶元集成在很小的空間。而光學則不行，光學依賴光路光程，某種意義上不可預設，雖然共路光路可以解決一部分，但集成度仍差得很遠，距離做高密度CPU難度很大。但光傳輸的優勢很突出，所以我認為光計算機前景很好，但存在巨大技術難關有待突破。
現在全光邏輯器件做個與或非都能發好文章了，光腦的概念貌似業內沒人在提了。有些東西，十幾年前畫的大餅和這幾年畫的大餅相差無幾，說明當年困擾大家的技術問題，如今依舊無解。
現在又出現了光學神經網路晶元，不知意義多大
21世紀量子計算機應該會普及吧？
我只想知道上邊的模擬都是用的什麼軟體，我個土鱉一直在用MATLAB和一點點comsol，不要笑我。。
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