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上海高中生摘得英特爾國際科學與工程大獎賽計算機學科特等獎
更新時間:2014-05-21 15:08 瀏覽次數:0

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姚悅研發的光學計算機模擬樣機

  在第65屆英特爾國際科學與工程大獎賽(IntelISEF)上,姚悅的科研項目摘得計算機學科特等獎、歐盟青年科學家獎。

  讀高一時,從調色盤里他忽然來了靈感:調色和計算機的加法運算有相似之處——兩種顏色混合,得到的是與這兩種顏色相關的新顏色;兩個數相加,得到的是與這兩個數字相關的新數值。那么,能否用有色光來表示數字,通過有色光的疊加實現數字的計算呢?由此,他走上了光學計算機模擬樣機的研發之路。

  將紅色和黃色顏料調在一起,會得到橙色,這是眾所周知的三原色原理。你覺得這和計算機運算有什么關聯嗎?上海交大附屬中學嘉定分校高二學生姚悅就是從調色盤里,發現了一個計算機新原理,并制作了一臺與電子計算機截然不同的光學計算機原型樣機。


  用色光疊加實現數字計算

  5月19日,記者在上海科學會堂見到了剛從美國載譽歸來的姚悅同學。他從小就對計算機感興趣,讀高一時,有一天他看到同學在畫畫,從調色盤里他忽然來了靈感:調色和計算機的加法運算有相似之處——兩種顏色混合,得到的是與這兩種顏色相關的新顏色;兩個數相加,得到的是與這兩個數字相關的新數值。那么,能否用有色光來表示數字,通過有色光的疊加實現數字的計算呢?

  小姚把這個想法告訴了科技老師。在老師的推薦下,去年2月,他把研發光學計算機的創意方案提交給了上海青少年科學社。科學社依托市科協下屬180多個學會的資源,聘請高校、科研院所的專家,指導中小學生做課題研究。

  看到小姚的方案后,交大、華東師大的幾位計算機專家很感興趣,覺得這是一個很有創新性的構想。雖然光學計算機早在60年前就有科學家提出了,但利用光色疊加進行計算的模式還沒有人提出過。

  不過,這個構想能否孕育出新型計算機,首先要在數學上得到證明,而這需要用到群論、線性代數等高等數學知識。為此,他開始看書自學高等數學。“小姚的自學能力很強,在論文中他引用的群論理論,已經挺深了。”華東師大軟件學院博士張逸中評價道。經過半年努力,小姚在理論上證明了“用光色疊加實現三進制運算的新方法”的可行性。與電子計算機采用“0,1”二進制不同,小姚選用了計算效率更高的“1,0,-1”三進制。


  比電子計算機快500倍左右

  完成數學證明后,姚悅在高校科研團隊的指導下,走上了光學計算機模擬樣機的研發之路。為了給他創造良好的科研環境,交大附屬中學嘉定分校的領導騰出一個辦公室,用作他的實驗室。“我每天花8小時鼓搗光學計算機,老師和爸媽都很支持我。”小姚笑著說。

  一個透明的機箱,里面有多根光纖、若干耦合器、單片機等元器件,這就是小姚發明的光學計算機模擬樣機。接通電源后,紅光、綠光在光纖內傳播。如果在與之相連的電子計算機屏幕上輸入兩個數字,轉瞬間,屏幕上便會出現兩數相加的結果。其運算原理,與電子計算機可大不相同。“所謂光色疊加,用物理學術語來說,就是兩束不同波長的光疊加后,產生了新的波長數值。”

  據小姚介紹,這種光學計算機的運算速度,可以達到普通電子計算機的500倍左右,而且更省電。這是因為,電子計算機的晶體管開關有速度限制,而光學計算機不需要晶體管開關,它的速度只有一個上限——那就是光速。


  科協、學校、家庭合力培養人才

  談到姚悅的成功,市科協黨組書記、副主席楊建榮表示,家庭、學校、社會形成合力,共同培養青少年創新人才,是小姚捧得大獎的重要原因。小姚的父母不是從事科研工作的,但很支持兒子花大量時間做創新研究。學校也很支持小姚,為他騰出一間辦公室,并讓他免修一些課程。“這名同學的成績也很不錯,雖然不算拔尖,但各科成績均衡,都名列年級前20%。這是他開展創新研究的前提。”

  在小姚的探索之路上,市科協利用其豐富的科學家資源,對他進行了精心指導。據介紹,除姚悅外,上海青少年科學社選送的另外幾名參賽學生也在此次英特爾大賽上獲獎,獲獎總數為4個,占中國大陸學生獲獎總數的4/7。

滬公網安備 31011402001193號

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