Аналоговый компьютер (в отличие от цифрового),  представляет данные с помощью аналоговых (непрерывных) физических переменных (скорость, длина , напряжение).

Аналоговые компьютеры отправляли в космос Юрия Гагарина, управляли первыми атомными реакторами, использовались военными и создавали звук в музыкальных синтезаторах.

Аналоговыми являются  биологические процессы!

В 2008 году Кармелла Хэйнс (Karmella Haynes) и ее коллеги создали аналоговый живой компьютер из генетически модифицированных бактерий Escherichia coli (кишечная палочка), эффективно решающий классическую задачу "о сортировке блинов" (Burnt Pancake Problem):

• есть стопка блинов разного размера, у каждого блина одна сторона – горелая, другая – золотистая. За одну операцию разрешается перевернуть один или несколько соседних блинов. Надо за как можно меньшее число операций отсортировать стопку по размеру (самый большой блин внизу), при этом все блины должны быть обращены золотистой стороной вверх.

Предпринимаются попытки создания квантового компьютера, в котором тонкие квантовые состояния зависят от топологических свойств физических систем.

Топология — это раздел математики, посвященный свойствам объекта, которые не меняются при его плавной деформации, допускающей растяжение, сплющивание и изгибание, но не разрезание или склеивание. Малые возмущения не изменяют топологических свойств. Чтобы перевести топологический кубит в другое состояние, необходимо подвергнуть его сложному силовому воздействию. Небольшим возмущениям окружающей среды это не под силу.

В конце 1988 г. Майкл Фридман (Michael H. Freedman) доказал возможность использования квантовой топологии для вычислений.

Для топологических квантовых вычислений предполагается использовать энионы — квазичастицы, существующие в двухмерном мире. Недавние эксперименты показали, что они возникают в планарных полупроводниковых структурах, охлажденных почти до абсолютного нуля и помещенных в сильное магнитное поле.

При вычислении создаются пары энионов и размещаются на одной линии. Каждая пара напоминает частицу и соответствующую античастицу, созданные из чистой энергии. Затем в определенной последовательности пары смежных энионов перемещается друг вокруг друга. Мировые линии энионов (их траектории в пространстве-времени) образуют нити, которые сплетаются в косу. Квантовое вычисление заключено в структуре косы: конечные состояния энионов, содержащие результаты вычисления, определяются сплетением нитей и не зависят от электрических или магнитных помех.

Использовать энионы для выполнения вычислений таким способом предложил в 1997 г.  Алексей Юрьевич Китаев.

В 2005 г. сделан первый практический шаг к топологическим квантовым вычислениям: удалось получить прямое экспериментальное подтверждение того, что квазичастицы, наблюдаемые в дробном квантовом состоянии Холла, являются энионами.

Нанотехнология – это наука и инженерия в масштабе от 0.1 до 100 нанометров (нм) – эквивалент одной миллиардной метра. Диаметр большинства атомов – 0.1 – 0.2 нанометра. Диаметр красной кровяной клетки составляет примерно 7000 нм., сечение человеческого волоса – около 80 000 нм.

Это уровень, на котором действуют основные функции биологического мира – и материалы этого размера демонстрируют необычные физические и химические свойства.

Глубокая разница в их свойствах обусловлена возрастанием площади поверхности, по сравнению с объемом, по мере уменьшения размеров частиц – а также, влиянием квантовых эффектов на атомном уровне.

В 1959 году физик Ричард Фейнман выдвинул идею, изготовления предметов на атомном и молекулярном уровне.

Экспериментальная нанотехнология началась в 1981 году, когда специалисты IBM изготовили первый сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Он позволяет видеть в отдельности каждый атом.

В 1990 году, ученые из IBM нашли способ перемещать одиночные атомы ксенона по никелевой поверхности, при помощи СТМ они составили слово "IBM" из 35 атомов.

В 1991 году созданы мельчайшие сверхпрочные трубчатые структуры из атомов углерода – углеродные нанотрубки – в шесть раз легче и в 100 раз прочнее стали!

Уже создано множество предметов наноуровня: сверхпроводящие квантовые точки, нанодиоды, нанодатчики, молекулярные поршни, сверхпроводники, нанотермометр, нанопинцет, нановесы....

Некоторые наноматериалы, в правильных условиях формируют себя самостоятельно. Микроэлектронные устройства можно "убедить" расти от основания, подобно дереву.

Исследуются способы, заставить протеины, ДНК, вирусы и бактерии работать в составе наноматериалов. Биохимики надеются использовать вирусы в качестве нановидеокамер, чтобы уточнить представление о том, что происходит внутри клетки.

Эксперименты показали возможность, выращивать крошечные детали компьютеров внутри бактерий. Существующие компьютерные чипы уже производятся с применением технологий наноуровня.

Спинтроника (spintronics) — это область квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин частиц, связанный с наличием у них собственного механического момента.

Спин (от англ. spin — верчение, кружение) квантовое явление, объяснение которого дает лишь релятивистская квантовая электродинамика. Каждая элементарная частица характеризуется спиновым квантовым числом. Оно может быть только положительным целым (0, 1, 2, …) или полуцелым (1/2, 3/2, 5/2, …). Например, спин фотона равен 1, а спин электрона 1/2.Частица может обладать  механическим и магнитным спиновым моментом.

Спинтроника занимается разработками новых типов электронной памяти — MRAM (magnetic random access memory), которая  будет в десятки раз быстрее и плотнее современной памяти и позволит весь компьютер вместе с «жестким диском» разместить на одном чипе.

Спинтроника направлена на создание оптического процессора, где информация к ядрам от электронов переносится с помощью пучков света.

Высокое быстродействие устройств спинтроники достигается за счет того, что здесь не обязательно перемещать в пространстве заряд и связанную с ним массу. Для переключения состояния достаточно лишь развернуть спин в обратном направлении.

Фотоника изучает использование светового излучения (потока фотонов) в устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются, распространяются и детектируются оптические сигналы, производится их запись и отображение.

Фотоника разрабатывает оптические компьютеры, в котором свет управляет светом.

Максимальная тактовая частота такого компьютера может составлять 10 в 14 степени Гц, что десятки тысяч раз выше существующих электронных аналогов.

01.03.2018 Оптические компьютеры заменят GPU в глубоком обучении нейронных сетей?

• В Fathom Computing разработан прототип оптического компьютера, который не является универсальным, он оптимизирован под выполнение определённых операций линейной алгебры  для обучения рекуррентных нейронных сетей с архитектурой LSTM и нейронных сетей прямого распространения и выполняет математические операции быстрее электронного.

• Ученые из MIT разработали  «программируемый нанофотонный процессор» на базе интерферометра Маха — Цендера, который  обеспечивает обучение оптической нейронной сети.

• LightOn тестировал прототип оптического модуля Optical Processing Unit (OPU), позволивший сократить время выполнения задачи Transfer Learning с 20 минут на классических GPU до 3,5 минут.

GPU (graphics processing unit, графический процессор)

Компьютер исчезает как отдельное устройство, работающее в автономном режиме.

Hardware 2.0 – это девайс, который является частью среды и находится в постоянном взаимодействии с другими устройствами в рамках  самоорганизующейся сети. Все элементы такой вычислительной среды существуют уже сегодня!

IPv6 - новая версия интернет-протокола, которая обеспечит подключения к Сети каждой создаваемой вещи, от автомобиля до тюбика зубной пасты. Переход к IPv6 начат 4 февраля 2008 года, обойдётся в сумму от 25 до 75 миллиардов долларов. На базе протокола IPv6 развертывается глобальная компьютерная сеть Интернет-2. Уже сегодня используется множество бытовых приборов, подключенных к Сети: холодильники, кофеварки, часы, утюги, дверные замки, ювелирные изделия и т.п.

NAS (Network Attached Storage) – сетевые системы хранения данных, кототым пользователи все чаще отдают предпочтение для хранения личной информации.

SaaS (Software as a Service) - программное обеспечение как сервис удаленного сервера. Онлайновые пакеты программ становятся все более популярным: Google Docs, Microsft Lite, Zoho, Live Documents и т.д.

SOA (service-oriented architecture) - парадигма, проектирования, разработки и управления сервисами в сетевой вычислительной среде, которые могут взаимодействовать с другими сервисами.

Сloud Сomputing («вычислительное облако») - технология виртуализации от IBM. Cloud Сomputing объединяет в распределенной сети компьютерные ресурсы со свойствами «самоуправления и самовосстановления», доступом по мере необходимости и возможностью распараллеливания задач.  Cloud Сomputing - развитие grid-технологий.

Социальных сети Интернета объединяют сотни миллионов участников, в мире онлайновой игры World of Warcraft более 10 000 000 игроков, в виртуальном мире Second Life открыты посольства Мальдивов, Швеции, создано представительство Университета Джорджии (США).

Content-Centric Networking (CCN — сеть, ориентированная на контент) - сетевая система, ориентированная на данные, в которой пользовательпри обращении в сеть не сообщает о намерении подключиться к серверу, а запрашивает определенный фрагмент данных. Запрос передается на все компьютеры сети, и, если какой-то из них располагает нужной информацией, он откликается. CCN - развитие пиринговых технологий, меняющая базовый способ взаимодействия между компьютерами на уровне пакетов.

Wireless sensor networks (беспроводные сенсорные сети) состоят из миниатюрных вычислительно-коммуникационных сенсоров — motes. Моты используются для сбора, первичной обработки и передачи сенсорных данных и представляет собой плату размером с рисовое зерно с  процессором, памятью, радиочастотным приемопередатчиком, и датчиками для замеров температуры, давления, влажности, освещенности, вибрации, химического состава, электрических и магнитных полей и т.д. 

RFID - (от RadioFrequency IDentification – технология радиочастотной идентификации. RFID-метка – это миниатюрный (размером с рисовое зерно) чип. Если RFID-метку поднести к устройству-считывателю (ридеру), то она активизируется и посредством радиосигналов передаст всю информацию, хранящуюся в памяти микрочипа. Многие тысячи человек во всем мире уже имплантировали себе под кожу RFID-чипы с самыми разными целями. Чипы, вшитые в тело, заменяют паспорт и кредитные карточки, проводят медицинскую диагностику, стимулируют работу организма и т.д.

Нейл Гершенфельд (директор центра Center for Bits and Atoms MIT):

• Каноны компьютерной науки, которые сейчас проповедуют, по сути заморозили модель вычислений на технологии 50-х годов. Существует множество способов, с помощью которых природа может выполнять свои вычисления. И эти способы практически не нашли отражения в традиционных моделях вычислений.

Тим О'Райлли (предсказал  Wi-Fi, автор термина Web 2.0):

• Лет через 15, мы будем разговаривать с друг другом и с компьютером через имплантированные устройства. Произойдет огромный прорыв в области систем распознавания речи и автоматического перевода. Я буду говорить по-английски, вы - по-русски, и это будет моментально переводиться.

• Перемены никогда не происходят единовременно. В 1992 году было всего 200 сайтов. Но все, что произошло за 16 лет, уже было заложено в возникшей тогда технологии. Просто использовали ее какие-то 200 человек. А сейчас  сотни людей уже используют компьютерные технологии по-новому.

На первом Всемирном фестивале науки (май-июнь 2008, Нью-Йорк), известный футуролог Рэй Курцвейл (Ray Kurzweil) предсказал появление в 20-х годах 21 века искусственного интеллекта и оснащение человеческого мозга  компьютерами.

Двадцать лет назад Рэй Курцвейл предсказал, что "в начале XXI века" незрячие смогут читать любой текст где угодно, пользуясь устройством, которое можно держать в руке. В 2002 году Рэй Курцвейл  уточнил, что это произойдет в 2008 году. На Всемирном научном фестивале он продемонстрировал машинку размером с мобильный телефон, которая без запинки прочла вслух программу мероприятия.

Рэй Курцвейл предсказал взрывоподобный рост Интернета в 1990-е годы и победу компьютера над человеком в шахматном турнире в 1998 году (суперкомпьютер Deep Blue обыграл Гарри Каспарова в 1997 году).

09.04.2010 Теория мемристоров разработана в 1971 году американским инженером Леоном Чуа. Они считались явлением исключительно теоретическим.

Леон Чуа: Можно считать, что наш мозг состоит из мемристоров, так работают синапсы. Теперь мы можем сами собрать мозг.

Мемристоры HP - сверхтонкая плёнка двуокиси титана, в которой электрический ток может сдвигать атомы.

Мемристоры устроены проще цепей полупроводниковых транзисторов, способны сохранять информацию в отсутствие электрического тока и могут использоваться как для хранения данных, так и для вычислений. Они могут менять своё сопротивление, переключаться с той же скоростью, что и транзисторы, а время хранения информации на них и количество циклов перезаписи ограничено лишь физическими свойствами материала.