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年由美国着名物理学家理查德·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。
美国麻省理工学院与英国牛津大学是量子电脑研究的先驱，IBM与惠普电脑公司也不落人后。对量子电脑的惊人性能感到担忧的美国政府，更是在洛斯阿拉莫斯国家实验室，不计成本地设立了量子电脑研究基地。
要让原子乖乖地为人类服务这个难题，无论是在理论上，坯是在实践上，都对科学家发出了严峻挑战。因为量子世界是个超乎常理的环境，我们可能永远也猜不出它的“谜底”。量子电脑也有很多匪夷所思的地方，它能够设想无限多个宇宙并列的场面，并由此“算出”可能出现的各种情况。而这意味着，不同的人在不同的时间，通过量子电脑计算得到的，很可能是不同的答案。
量子电脑专家班奈特说，量子电脑的基础，恰恰就是这些怪异的观念。因此，单是创造一个类似量子世界的环境，让原子照常进行计算并提供答案，就足以让科学家伤透脑筋。也许还要好几十年，量子电脑才会出现在我们的书桌上。
其实科学家早已注意到，原子是个天然的计算机。它会旋转，而且很有规律，方向不是朝上就是朝下，这正好与数字科技的“0”与“1”吻合。但原子有一个怪异的特性：一个原子，可以在同一时间向上并向下旋转，直到你用电子显微镜或其他工具测量它，才会迫使它选择一个固定方向。这既是原子的特异功能，也是量子电脑强大力量的来源。
既然原子可以同时向上并向下旋转，它就不能被视为单一的“位元”。科学家称之为“准位元”，就是出于这个原因。这意味着，如果把一群原子聚在一起，它们不会像今天的电脑那样，按照程序进行线性运算，而是同时进行所有可能的运算。这种运算方式的直接好处是计算机的运算速度成指数地加快了。
只要40个原子一起计算，其性能就相当于今天的一部超级电脑。举例来说，如果有一个包含全球电话号码的资料库，要从中寻找一个我们需要的特定号码，现在速度最快的超级电脑，大约要花一个月的时间才能完成任务，而一台量子电脑只需27分钟。
但是，答案那么多，速度那么快，我们怎么取回想要的计算结果呢？前面说过，对原子进行测量可以迫使它选择旋转方向，因此科学家只要测量这些“准位元”，就可以逼迫它们说出答案。
最近，麻省理工学院与mM公司的科学家，终于通过特定方式，做出了原始的量子电脑。虽然它看上去和一个烤面包机没有多大差别，但功能却比烤面包机高明多了。这个实验性质的量子电脑，具有两个“准位元”的计算能力。也就是说，它的威力等于两个原子同时进行运算。目前，科学家们正在朝三个“准位元”的目标努力。
