光学计算机

[Gary Yu]

上海高中生设计光学计算机获世界大奖

2014-05-21 13:58

来源：新民网 记者：萧君玮 新民网编辑：陈长凤

【新民网·独家报道】2014年5月19日，第65届英特尔国际科学与工程大奖赛（Intel ISEF)上海代表队乘坐的航班落地上海，在机场便受到了热烈欢迎。在上海代表队中，一名高二学生在本次大赛上用创新的光学计算机，从全球70多个国家和地区的约1700名中学生中脱颖而出，荣膺Intel ISEF计算机学科一等奖、计算机学科特等奖、欧盟青年科学家奖。

这名高二学生来自上海交通大学附属中学嘉定分校，名叫姚悦。他的研究是“用光色叠加实现三进制运算的新方法及其数学证明”，在普通的电子计算机中，运算基础是晶体管一开一关所代表的0和1所组成的二进制算法。而姚悦的想法则是用“颜色”来计算。分别用红光、绿光和无光来替代0和1，发明出一种三进制算法，构建起全新的光学计算机。

姚悦的灵感来自于美术课调色，2012年10月，姚悦刚进高中学习不久，因美术课上需要进行调色画画，当他把不同颜色混合在一起时，产生了灵感。姚悦觉得，颜色混合的规律似乎与数学规律有某些相似的地方，红色+黄色=橙色是否可以用来代替1+1=2？

最初，姚悦只是通过这一想法设计了一个类似算盘的东西，通过调色的方法，进行一些简单的运算。而当他意识到，如果用有色光代替颜料，用光的叠加代替人手工调和颜料，就可以形成一个光计算的方法，由此可制造出不同于电子计算机的光计算机。

这个新颖的想法日趋完善，2013年2月，姚悦向学校提交了“三进制计算机”的开题报告，随后，在学校的安排下，让一位毕业自华东理工大学的博士数学老师亲自辅导姚悦，通过数学方式验证了光学计算机理论的可行性。

如今，姚悦每天花费8小时研究他的光学计算机，一台简易的光学计算机模拟样机也已成型，据介绍，这种光学计算机的理论运算速度，可以达到普通电子计算机的250倍到500倍。（新民网 记者 萧君玮）

[Gary Yu]

红＋黄=橙。这是小学美术老师都会教的配色法。然而，这个简单到几乎相当于"1＋2=3"的公式，却被一位来自上海的高二学生用来制作成了最前沿的光学计算机。凭借这个发明和背后的研究，这位学生获得了全球中学生科技"奥运会"－－"英特尔国际科学与工程竞赛(ISEF)"的金牌。这也是中国内地学生十年来获得的最好名次。

获奖者－－上海交大附中嘉定分校的姚悦昨天带着他的金牌从美国回到了上海。在计算机专家看来，这个学生的想法颠覆了传统，为进一步的研究开创了新思路。

但姚悦强调说:"我不是学霸。"当许多中学生辛辛苦苦上辅导班的时候，姚悦从来不补课。他为什么会成功，他在"课外活动"上的投入和冒险，会不会给教育界一个启迪呢？

"垃圾堆里捡回来"的课题

这个课题最初是"从垃圾堆里捡回来的"。市科协旗下的上海青少年科学社志愿者张逸中说，一年多前，在中国科协主办下，各地都在层层选拔，以组建中国参加ISEF的"国家队"。ISEF有半个多世纪历史，是全球公认的最具含金量的赛事。

"大概是因为这个想法太独特了，没人理解。"上海青少年科学社志愿者张逸中在翻看被初审淘汰的课题时，发现了姚悦的作品。力挺之下，课题死而复生。

姚悦的研究有多独特？国内光学计算机领域的知名专家、上海大学博导金翊评价说:他从未见到有论文阐述姚悦类似的想法，这是颠覆性的。

通常，计算机是用电子器件模拟出"0"和"1"，然后才有了改变世界的信息时代。然而，姚悦做的是完全不同的光学计算机－－用不同颜色的光模拟数字，用光的混合代表加减乘除；只要读出混合后的光色，就知道了运算结果。

姚悦的光学计算机结构非常简单，但严格的数学推演证明，其速度可达电子计算机的数百倍。姚悦曾去一个知名光学实验室实测计算速度，但被告知:"光混合不需要时间。"换句话说，光的混合速度快到难以想象的地步。

这套理论体系，以及姚悦亲手制作的一台计算机原型，在上周末举行的2014年ISEF上，经过包括诺贝尔奖得主在内的几十位评审的仔细斟酌，获得计算机学科第一名。

姚悦说，这台计算机只是一些装在一个透明盒子里的简单设备，没有一个元件超过100元，整体成本不超过2000元。

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成绩不拔尖，从来不补课

姚悦的父母都是工薪阶层。姚妈妈告诉记者，他们从来不给儿子太多压力，也不设定目标。就是这样，姚悦从小到大，除了上过"剑桥英语"，从来没有读过一个课余辅导班，也没有参加任何奥数、文理竞赛辅导。

"我们就是顺其自然。"姚妈妈说。当然，他们也不太了解儿子在忙什么。但是，在学业压力巨大的高中阶段，他们从未对儿子参加科技活动加以任何阻挠。

姚悦说他不是学霸，也没拿过其他任何比赛的名次。交大附中科技总辅导员彭禹说，乍一看，姚悦没什么特别的。他成绩还算好，年级里排40名左右，没有一门课特别强，也没弱项。

但姚悦对课题的钻研劲头却让所有接触过他的老师赞叹。从他最初从颜色的混合配搭中找到灵感，到运用高等数学工具进行推演验证，再到完成原型样机，所有知识都是他自学的，老师们只是推荐了一些工具书。

"这个孩子有极强的自我学习能力、时间管理能力和''抗击打''能力。"彭禹说。很难想象，一个高二学生，能将推演光学计算机原理的数学过程写满3大块黑板，并让数学博士看得异常享受。

其次，姚悦神奇地在功课和研究之间把握住了平衡。彭禹说，临近赴美参赛，姚悦每天除了上课，还要在课题上投入至少8小时；如果研究累了，会用做作业调剂。

一路走来，曾有无数专家提出质疑，但最终姚悦扛住了。他告诉记者，因为距离电子计算机的常识甚至直觉有巨大冲突，他不仅要说服专家，甚至还经常要和自己对抗。