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调色盘里发现计算机新原理m
更新时间: 2014-05-21 浏览次数:892

    东方网5月20日消息:在第65届英特尔国际科学与工程大奖赛(Intel ISEF)上,姚悦的科研项目摘得计算机学科特等奖、欧盟青年科学家奖。


  读高一时,从调色盘里他忽然来了灵感:调色和计算机的加法运算有相似之处——两种颜色混合,得到的是与这两种颜色相关的新颜色;两个数相加,得到的是与这两个数字相关的新数值。那么,能否用有色光来表示数字,通过有色光的叠加实现数字的计算呢?由此,他走上了光学计算机模拟样机的研发之路。


  将红色和黄色颜料调在一起,会得到橙色,这是众所周知的三原色原理。你觉得这和计算机运算有什么关联吗?上海交大附属中学嘉定分校高二学生姚悦就是从调色盘里,发现了一个计算机新原理,并制作了一台与电子计算机截然不同的光学计算机原型样机。


  用色光叠加实现数字计算


  昨天,记者在上海科学会堂见到了刚从美国载誉归来的姚悦同学。他从小就对计算机感兴趣,读高一时,有一天他看到同学在画画,从调色盘里他忽然来了灵感:调色和计算机的加法运算有相似之处——两种颜色混合,得到的是与这两种颜色相关的新颜色;两个数相加,得到的是与这两个数字相关的新数值。那么,能否用有色光来表示数字,通过有色光的叠加实现数字的计算呢?


  小姚把这个想法告诉了科技老师。在老师的推荐下,去年2月,他把研发光学计算机的创意方案提交给了上海青少年科学社。科学社依托市科协下属180多个学会的资源,聘请高校、科研院所的专家,指导中小学生做课题研究。


  看到小姚的方案后,交大、华东师大的几位计算机专家很感兴趣,觉得这是一个很有创新性的构想。虽然光学计算机早在60年前就有科学家提出了,但利用光色叠加进行计算的模式还没有人提出过。


  不过,这个构想能否孕育出新型计算机,首先要在数学上得到证明,而这需要用到群论、线性代数等高等数学知识。为此,他开始看书自学高等数学。“小姚的自学能力很强,在论文中他引用的群论理论,已经挺深了。”华东师大软件学院博士张逸中评价道。经过半年努力,小姚在理论上证明了 “用光色叠加实现三进制运算的新方法”的可行性。与电子计算机采用“0,1”二进制不同,小姚选用了计算效率更高的“1,0,-1”三进制。


  比电子计算机快500倍左右


  完成数学证明后,姚悦在高校科研团队的指导下,走上了光学计算机模拟样机的研发之路。为了给他创造良好的科研环境,交大附属中学嘉定分校的领导腾出一个办公室,用作他的实验室。“我每天花8小时鼓捣光学计算机,老师和爸妈都很支持我。”小姚笑着说。


  一个透明的机箱,里面有多根光纤、若干耦合器、单片机等元器件,这就是小姚发明的光学计算机模拟样机。接通电源后,红光、绿光在光纤内传播。如果在与之相连的电子计算机屏幕上输入两个数字,转瞬间,屏幕上便会出现两数相加的结果。其运算原理,与电子计算机可大不相同。“所谓光色叠加,用物理学术语来说,就是两束不同波长的光叠加后,产生了新的波长数值。”


  据小姚介绍,这种光学计算机的运算速度,可以达到普通电子计算机的500倍左右,而且更省电。这是因为,电子计算机的晶体管开关有速度限制,而光学计算机不需要晶体管开关,它的速度只有一个上限——那就是光速。


  科协、学校、家庭合力培养人才


  谈到姚悦的成功,市科协党组书记、副主席杨建荣表示,家庭、学校、社会形成合力,共同培养青少年创新人才,是小姚捧得大奖的重要原因。小姚的父母不是从事科研工作的,但很支持儿子花大量时间做创新研究。学校也很支持小姚,为他腾出一间办公室,并让他免修一些课程。“这名同学的成绩也很不错,虽然不算拔尖,但各科成绩均衡,都名列年级前20%。这是他开展创新研究的前提。”


  在小姚的探索之路上,市科协利用其丰富的科学家资源,对他进行了精心指导。据介绍,除姚悦外,上海青少年科学社选送的另外几名参赛学生也在此次英特尔大赛上获奖,获奖总数为4个,占中国大陆学生获奖总数的4/7。


 

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