Что такое оптоинформатика

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Что такое оптоинформатика

Содержание

2. учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИ пути развития информационных технологий: пределы электронной техники и их преодоление на основе
3. учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИ передача информации в оптических линиях связи: формирование, распространение, поглощение и дисперсия световых
6. Лекция 1. Перспективы развития компьютерных и информационных технологий История информационных технологий. «Вишь ты, – сказал один
7. Информационные технологии (ИТ) - совокупность методов, производственных и программно-технологических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор,
8. Развитие речи, языка - объективный процесс в развитии общества и является первой информационной революцией на заре
9. Первая ИТ система обработки информации Древнеримский абак.
10. 1617 год. Джон Непер (1550 - 1617) создал деревянную машину для выполнения простейших вычислений – счетные
11. Автопортрет и модель счетного устройства Леонардо да Винчи.
12. 1642 год. Блез Паскаль (1623 – 1662) описал машину для суммирования чисел. В 1673 г. немецкий
13. В дальнейшем петербургским ученым был создан и организован массовый выпуск арифмометров, которые распространились по всему миру.
14. Вычислительная машина Быстрица-2 . Электромеханический арифмометр. Выпускался в 60-70 г.г.
15. Первый компьютер 1834 г. Машина Баббиджа 25 тыс. деталей 17470 ф.с. Чарлз Баббидж (1791-1871)
16. Достижения: стоял у истоков информатики, один из основателей теории искусственного интеллекта, стоял у истоков программирования, первый
17. Полная функционирующая копия машины «Bombe» в Блэтчли-парке
18. Конрад Цузе (1910-1985) Основные характеристики Z1
19. Норберт Винер(1894-1964) В 1948 году в США и Европе вышла книга американского математика Н. Винера «Кибернетика
20. «1) Центральные суммирующие и множительные устройства должны быть цифровыми, как в обычном арифмометре, а не основываться
21. ENIAC – первый цифровой ламповый компьютер Electronic Numerical Integrator and Computer 1944 18000 электронных ламп 70000
22. Основатели цифровой компьютерной техники 1906 год. Ли Ди Форест (Lee DeForest) запатентовал вакуумный триод Джон Фон
23. Первый германиевый транзистор William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain at Bell Laboratories 1947
24. Первая планарная интегральная схема 1961 г. 25 мкм 2017 г. Intel’s 10 nm technology ЭМ изображение
25. Прогноз Гордона Мура в 1965 г. N = exp(X – 1959)-1 N – число компонентов на
26. Прогноз Гордона Мура в 1975 г. Число транзисторов Данные 1965 г. Данные 1975 г. Прогноз
27. 2010 8 00 000 000 2017 10 нм
29. Single-chip Cloud Computer 48 ядер 4 DDR3
31. Цифровой оптический компьютер лаб. Белла 1989 г. Laser Focus World, 1990, V. 26, P. 53-54.
32. SPIE Vol. 3003 • 0277-786X http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=918667
33. Внешний вид оптического процессора DOC II Guilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy digital optical processors. //
34. Оптический процессор EnLight256 Производительность – 8 Тфлопс; способен в реальном времени обрабатывать до 15 видеоканалов стандарта
35. Голографическое устройство записи и считывания информации Akonia Holographics Голографическая технология хранения данных в настоящее время удерживает
36. Использование фемтосекундных импульсов для систем спектрального уплотнения Фемтосекундный п/п лазер на квантовой точке 400 фс, 50
37. Фемтосекундные оптические переключатели
38. Yichen Shen et al. Deep learning with coherent nanophotonic circuits. Nature Photonics (2017) doi:10.1038/nphoton.2017.93 Оптическая нейронная
39. Korner Th., Priebe S. Towards THz Communications – Status in Research, Standardization and Regulation. – Journal
40. Оптические компьютеры будущего может работать в 100 000 раз быстрее электронных F. Langer, M. Hohenleutner, U.
41. Прогресс вычислительной техники Source: Kurzweil, The Age of Spiritual Machines, pp. 22-25 Механические Электромеханические Электронные лампы
42. В 1976 году Курцвейл создал устройство, которое сканировало текст и зачитывало его вслух, прибор был призван
43. Курцвейл является изобретателем первого сканера планшетного типа CCD, создателем устройства для оптического распознавания символов, первой читающей
45. Source: Kurzweil, The Age of Spiritual Machines (1999)
46. Future Predictions 2019 A $1,000 personal computer has as much raw power as the human brain.
48. Фильм и книга 2010 г.
51. 8 Прогнозов От Рэй Курцвейла 29 мая 2017 8. Повсеместный Доступ В Интернет 7. Астероид не
52. 5. Виртуальная Реальность = Реальность К концу 2020-х годов, его будет невозможно отличить реальность от виртуальной
55. The D-Wave Quantum Computer Система содержит 1000 кубитов и более 3000 межсоединений. Для достижения такого масштаба
57. Скачать презентацию

Слайд 2

учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИ
пути развития информационных технологий: пределы электронной техники и

их преодоление на основе оптических альтернатив;
оптическая обработка информации: аналоговые оптические
вычисления, Фурье-голография, голографическая коммутация,
мультиплексирование и демультиплексирование сигналов,
оптическая би- и мультистабильность, цифровая оптическая
обработка сигналов; оптический компьютер: технологии создания и
перспективы применения;
основные источники излучения в оптоинформатике: принципы работы полупроводниковых лазеров, лазеры на гетероструктурах, лазеры и усилители на основе квантоворазмерных эффектов, вертикально-излучающие полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры и усилители, планарные лазеры и усилители;

Слайд 3

учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИ
передача информации в оптических линиях связи: формирование, распространение,

поглощение и дисперсия световых импульсов в волоконно-оптических линиях, спектральное и временное уплотнение информационных потоков, элементная база оптических линий связи, передача оптических сигналов в атмосфере и космосе;
фотонные кристаллы: 1-2-3 D, применения, методы изготовления
квантовая криптография и квантовые вычисления: перспективы использования и ограничения;

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Лекция 1.
Перспективы развития компьютерных и информационных технологий
История информационных технологий.

«Вишь ты, – сказал один
другому, – вон какое колесо!
Что ты думаешь: доедет то колесо,
если б случилось, в Москву или
не доедет?»…..
Гоголь Н.В. «Мертвые души»

Слайд 7

Информационные технологии (ИТ) - совокупность методов, производственных и программно-технологических средств,
объединенных

в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации.
[www.glossary.ru]
ИТ - этo кoмплeкc взaимocвязaнныx, нayчныx, тexнoлoгичecкиx, инжeнepныx диcциплин, изyчaющиx мeтoды эффeктивнoй opгaнизaции тpyдa людeй, зaнятыx oбpaбoткoй и xpaнeниeм инфopмaции, вычиcлитeльнyю тexникy и мeтoды opгaнизaции и взaимoдeйcтвия c людьми и пpoизвoдcтвeнным oбopyдoвaниeм, иx пpaктичecкиe пpилoжeния, a тaкжe cвязaнныe co вceм этим coциaльныe, экoнoмичecкиe и кyльтypныe пpoблeмы.
[определение ЮНЕСКО]

Слайд 8

Развитие речи, языка - объективный процесс в развитии общества и является

первой информационной революцией на заре формирования человека разумного (40 тыс. лет до н.э.)
Три тысячи лет до н. э. в Вавилоне возникла клинописная запись счета (60-ричная). От счёта — к письму
Изобретение и освоение письменности стало
второй информационной революцией
Появление носителя информации — книга (IV в. до н.э.).
Весь объем информации, заключавшийся в свитках Александрийской библиотеки можно оценить в 106 – 108 слов или в 0.1…1 Гб и это можно назвать одним из первых ИТ хранения.

Слайд 9

Первая ИТ система обработки информации
Древнеримский абак.

Слайд 10

1617 год. Джон Непер (1550 - 1617) создал деревянную машину для

выполнения простейших вычислений – счетные палочки.

В 1622 году, используя принцип действия этого устройства, Вильям Оугтред (William Oughtred) разработал логарифмическую линейку, которая в 19-20 веках стала основным инструментом инженеров.

Слайд 11

Автопортрет и модель счетного устройства Леонардо да Винчи.

Слайд 12

1642 год. Блез Паскаль (1623 – 1662) описал машину для суммирования

чисел.

В 1673 г. немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление двенадцатиразрядных десятичных чисел.

Слайд 13

В дальнейшем петербургским ученым был создан и организован массовый выпуск арифмометров,

которые распространились по всему миру.

10 августа 1845

Арифмометр Однера
выпуска 1876 г.

Вильгодт Теофил Однер

15 сентября 1905

Слайд 14

Вычислительная машина Быстрица-2 . Электромеханический арифмометр. Выпускался в 60-70 г.г.

Слайд 15

Первый компьютер
1834 г.
Машина Баббиджа
25 тыс. деталей
17470 ф.с.
Чарлз Баббидж (1791-1871)

Слайд 16

Достижения: стоял у истоков информатики, один из основателей теории искусственного интеллекта, стоял

у истоков программирования, первый в мире хакер.
«On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem» 1936 (Машина Тьюринга)
“Bombe” 1942 г. Мех. Реле.
“Colossus” 1500 электронных ламп (2500 в Colossus Mark II)
«Вычислительные машины и разум» (Computing Machinery and Intelligence) 1950 г. (Тест Тьюринга)

23.06.1912 – 7.06.1954
Алан Тьюринг

Полученная модель вычислений, в которой каждый алгоритм разбивался на последовательность простых, элементарных шагов, и была логической конструкцией, названной впоследствии «машиной Тьюринга».

Слайд 17

Полная функционирующая копия машины «Bombe» в Блэтчли-парке

Слайд 18

Конрад Цузе (1910-1985)
Основные характеристики Z1

Слайд 19

Норберт Винер(1894-1964)
В 1948 году в США и Европе вышла книга американского

математика Н. Винера «Кибернетика или Управление и связь в животном и машине»

Слайд 20

«1) Центральные суммирующие и множительные устройства должны быть цифровыми, как в

обычном арифмометре, а не основываться на измерении, как в дифференциальном анализаторе Буша.
2) Эти устройства, являющиеся по существу переключателями, должны состоять из электронных ламп, а не из зубчатых передач или электромеханических реле. Это необходимо, чтобы обеспечить достаточное быстродействие.
3) В соответствии с принципами, принятыми для ряда существующих машин Белловских телефонных лабораторий, должна использоваться более экономичная двоичная, а не десятичная система счисления.
4) Последовательность действий должна планироваться самой машиной так, чтобы человек не вмешивался в процесс решения задачи с момента введения исходных данных до снятия окончательных результатов. Все логические операции, необходимые для этого, должна выполнять сама машина.
5) Машина должна содержать устройство для запасания данных. Это устройство должно быстро их записывать, надежно хранить до стирания, быстро считывать, быстро стирать их и немедленно подготавливаться к запасанию нового материала.» Норберт Винер, лето 1940 г.

Слайд 21

ENIAC – первый цифровой ламповый компьютер
Electronic Numerical Integrator and Computer 1944
18000

электронных ламп
70000 резисторов
160 кВт потребляемая
мощность

John Presper Eckert

John Presper Eckert
(1919-1995)
John W. Mauchly
(1907-1980),

Слайд 22

Основатели цифровой компьютерной техники
1906 год. Ли Ди Форест (Lee DeForest) запатентовал

вакуумный триод

Джон Фон Нейман (1903-1957)
Electronic Discrete Variable
Automatic Computer (EDVAC) 1945 г.

Слайд 23

Первый германиевый транзистор
William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain at Bell

Laboratories 1947

Слайд 24

Первая планарная интегральная схема 1961 г.
25 мкм
2017 г.
Intel’s 10 nm technology

ЭМ изображение 48 нм
компланарной пары транзисторов
~10 нм между структурами и ~15 нм металл. контакт.

Слайд 25

Прогноз Гордона Мура в 1965 г.

N = exp(X – 1959)-1
N

– число компонентов на интегральной схеме
X – года
Удвоение числа компонентов каждый год

Слайд 26

Прогноз Гордона Мура в 1975 г.
Число транзисторов
Данные 1965 г.
Данные 1975 г.
Прогноз

Слайд 27

2010 8 00 000 000
2017 10 нм

Слайд 28

Слайд 29

Single-chip Cloud Computer
48 ядер 4 DDR3

Слайд 30

Слайд 31

Цифровой оптический компьютер лаб. Белла 1989 г.
Laser Focus World, 1990, V.

26, P. 53-54.

Слайд 32

SPIE Vol. 3003 • 0277-786X
http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=918667

Слайд 33

Внешний вид оптического процессора DOC II
Guilfoyle P.S., McCallum D.S.
High-speed low-energy

digital optical processors.
// Optical Engineering, 1996, V. 35, P. A3-A9.

Слайд 34

Оптический процессор EnLight256
Производительность – 8 Тфлопс; способен в реальном времени обрабатывать

до 15 видеоканалов стандарта HDTV, используется для распознавания голоса, человеческих лиц, обработки изображений в реальном времени.

Слайд 35

Голографическое устройство записи и считывания информации
Akonia Holographics
Голографическая технология хранения данных

в настоящее
время удерживает мировой рекорд
плотности записи 2,2 Тбайт/дюйм2

Слайд 36

Использование фемтосекундных импульсов для систем спектрального уплотнения
Фемтосекундный п/п
лазер на квантовой

точке
400 фс, 50 мВт

Слайд 37

Фемтосекундные оптические
переключатели

Слайд 38

Yichen Shen et al. Deep learning with coherent nanophotonic circuits. Nature

Photonics (2017) doi:10.1038/nphoton.2017.93

Оптическая нейронная сеть

Слайд 39

Korner Th., Priebe S. Towards THz Communications –
Status in Research, Standardization

and Regulation. –
Journal Infrared MilliTerahz Waves, 2013.

Слайд 40

Оптические компьютеры будущего может работать в 100 000 раз быстрее электронных
F.

Langer, M. Hohenleutner, U. Huttner, S. W. Koch, M. Kira, R. Huber. Symmetry-controlled temporal structure of high-harmonic carrier fields from a bulk crystal. Nature Photonics, 2017; DOI: 10.1038/nphoton.2017.29

ТГц импульс в кристалле
GaSe

Слайд 41

Прогресс вычислительной техники
Source: Kurzweil, The Age of Spiritual Machines, pp. 22-25
Механические
Электромеханические
Электронные

лампы

Транзисторы

Интегральные
схемы

Слайд 42

В 1976 году Курцвейл создал устройство, которое сканировало текст и зачитывало

его вслух, прибор был призван облегчить жизнь слабовидящим людям.

Слайд 43

Курцвейл является изобретателем первого сканера планшетного типа CCD, создателем устройства для

оптического распознавания символов, первой читающей машины для слепых, первого речевого синтезатора; первого музыкального синтезатора, способного воспроизводить звуки рояля и других оркестровых инструментов, и создатель первых устройств распознавания речи. Автор бестселлеров The age of intelligent machines — 1990, The 10% solution for a healthy life -1993, The age of spiritual machines – 1998, The singularity is near — 2005, Как создать разум (“How to create a mind”- 2012, основал (вместе с Google и NASA) Singularity University

Слайд 44

Слайд 45

Source: Kurzweil, The Age of Spiritual Machines (1999)

Слайд 46

Future Predictions 2019 A $1,000 personal computer has as much raw power

as the human brain. The summed computational powers of all computers is comparable to the total brainpower of the human race. 2029 A $1,000 personal computer is 1,000 times more powerful than the human brain. The vast majority of computation is done by computers. 2099 The human brain has been completely reverse engineered and all aspects of its functioning are understood. Natural human thinking possesses no advantages over computer minds. Thousands of years from now "Intelligent beings consider the fate of the Universe." Presumably, this means that the A.I.s created by humans will have the ability to control the entire Universe, perhaps keeping it from dying. Source: Kurzweil, The Age of Spiritual Machines (1999)

Слайд 47

Слайд 48

Фильм и книга 2010 г.

Слайд 49

Слайд 50

Слайд 51

8 Прогнозов От Рэй Курцвейла 29 мая 2017
8. Повсеместный Доступ В

Интернет
7. Астероид не убьет нас.
В течение нескольких десятилетий, космические технологии смогут в полной мере защитить Землю от столкновения с астероидами. “Мы не видим [... большой астероид] на горизонте, - пишет он в Цинь и это практически не вызывает сомнений, что такая опасность возникает, наша цивилизация будет легко уничтожить незваного гостя прежде, чем он уничтожит нас.”
6. Не волнуйтесь о болезни
Большинство болезней исчезнет к 2020 г. Мы будем в состоянии перепроектировать мозг исправить неврологические проблемы (экс. Паркинсона, Альцгеймера, инсульт). Нанороботы будут не только существовать, но быть достаточно умным для борьбы с болезнями лучше, чем наши нынешние медицинские технологии.

Слайд 52

5. Виртуальная Реальность = Реальность
К концу 2020-х годов, его будет невозможно

отличить реальность от виртуальной реальности. Последствия этого бесконечны, но одна из вещей, Курцвейл упоминает в Цинь как это повлияет на вашу сексуальную жизнь.
4. Компьютеры Очень Скоро Превзойдут Людей
К 2029 году компьютер пройдет тест Тьюринга.
3. Люди Станут Машинами
К началу 2030-х годов, технология сможет копировать человеческий мозг и поставить их на электронные механизмы. «только сосканируй свой мозг на машину и это позволит людям принимать любую форму..»
2. Земля будет состоять из компьютеров
К 2045 г., наша планета станет полностью состоять из компьютеров. За исключением некоторых заповедники для толпы плебеев, которые хотят жить в “естественном состоянии”. Дураки.
Вселенная будет суперкомпьютер
К 2099, машины будут создавать планеты-ЭВМ…

Слайд 53

Слайд 54

Слайд 55

The D-Wave Quantum Computer
Система содержит 1000 кубитов и более
3000 межсоединений.

Для достижения такого масштаба процессор содержит более 128,000 Джозефсоновских контактов - это наиболее сложные интегрированные сверхпроводниковые микросхемы.

Что такое оптоинформатика

Содержание

учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИпути развития информационных технологий: пределы электронной техники и

учебный курс ОСНОВЫ ОПТОИНФОРМАТИКИпередача информации в оптических линиях связи: формирование, распространение,

Лекция 1. Перспективы развития компьютерных и информационных технологийИстория информационных технологий.

Информационные технологии (ИТ) - совокупность методов, производственных и программно-технологических средств, объединенных

Развитие речи, языка - объективный процесс в развитии общества и является

Первая ИТ система обработки информации Древнеримский абак.

1617 год. Джон Непер (1550 - 1617) создал деревянную машину для

Автопортрет и модель счетного устройства Леонардо да Винчи.

1642 год. Блез Паскаль (1623 – 1662) описал машину для суммирования

В дальнейшем петербургским ученым был создан и организован массовый выпуск арифмометров,

Вычислительная машина Быстрица-2 . Электромеханический арифмометр. Выпускался в 60-70 г.г.

Первый компьютер1834 г.Машина Баббиджа25 тыс. деталей17470 ф.с.Чарлз Баббидж (1791-1871)

Достижения: стоял у истоков информатики, один из основателей теории искусственного интеллекта, стоял

Полная функционирующая копия машины «Bombe» в Блэтчли-парке

Конрад Цузе (1910-1985) Основные характеристики Z1

Норберт Винер(1894-1964)В 1948 году в США и Европе вышла книга американского

«1) Центральные суммирующие и множительные устройства должны быть цифровыми, как в

ENIAC – первый цифровой ламповый компьютерElectronic Numerical Integrator and Computer 194418000

Основатели цифровой компьютерной техники1906 год. Ли Ди Форест (Lee DeForest) запатентовал

Первый германиевый транзисторWilliam Shockley, John Bardeen and Walter Brattain at Bell

Первая планарная интегральная схема 1961 г.25 мкм2017 г.Intel’s 10 nm technology

Прогноз Гордона Мура в 1965 г. N = exp(X – 1959)-1N

Прогноз Гордона Мура в 1975 г.Число транзисторовДанные 1965 г.Данные 1975 г.Прогноз

2010 8 00 000 000 2017 10 нм

Single-chip Cloud Computer 48 ядер 4 DDR3

Цифровой оптический компьютер лаб. Белла 1989 г.Laser Focus World, 1990, V.

SPIE Vol. 3003 • 0277-786X http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=918667

Внешний вид оптического процессора DOC IIGuilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy

Оптический процессор EnLight256Производительность – 8 Тфлопс; способен в реальном времени обрабатывать

Голографическое устройство записи и считывания информации Akonia HolographicsГолографическая технология хранения данных

Использование фемтосекундных импульсов для систем спектрального уплотненияФемтосекундный п/п лазер на квантовой

Фемтосекундные оптические переключатели