目前,计算机元件如电容、晶体管、游丝、发条等，其主要构成为Ge、Si、Ins、InSb、GeAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱等材料，而材料的运用对元件的体积、结构、重量、寿命、安装便捷程度、功耗、频率，以及抗污染或腐蚀等方面起着决定性作用。若要在计算机的体积、传输速度、耗电量、韧性上取得进一步突破，新型材料的运用就显得十分重要了。
目前，科学家已经制造出世界上最小的计算机逻辑电路，也就是一个由单分子碳组成的双晶体管元件，而构成这一个双晶体管的材料为碳纳米管，一个比头发丝还细十万倍的中空管体。碳纳米管是自然界中最坚韧的物质，比钢还要坚韧十倍，而且它还具有超强的半导体能力，未来计算机的应用上最可能取代硅，成为制造电脑芯片的主要材料，用碳纳米管做成的芯片要比传统的芯片速度高出五倍之多，将来利用碳纳米管技术制造的微处理器会使计算机变得更小、速度更快、更加节能。碳纳米管的运用和推广会直接引发计算机的巨大突破，可能由此衍生出三维计算机，出现透明的三维电脑桌面系统，可以让人们以操作普通桌面上实物的方式操作网页、文档和视频资料，并借助手势和眼球活动实现更为复杂的功能。借助这样的互动技术和可视技术将延展传统电脑界面桌面功能，让人们从二维屏幕自然过渡到三维世界。总之，当基本材料硅被碳纳米管取代时，未来计算机机会更小、更快、更便宜，能完成很多以前无法做到的任务，进一步提高计算机的性能。
可能发生的由于硅的物理特性而导致目前普遍使用的硅晶体管制造技术达到发展极限，从而难以继续的困境，将会随着碳纳米管时代的到来而迎刃而解。未来计算机将会向更高、更快的方向迈进。
体积大小的突破：
目前，“膝上机”---笔记本电脑成为了商务办公，学习研究的标配；“掌上机”---可握在手的计算机成为了流动作业，家庭娱乐的必备。当我们惊异于计算机体积的极速缩小，便捷于生产生活的同时，随着晶体管，甚至微型晶体管的出现与运用，未来计算机如指甲般大小的时代正悄然来临。
引发计算机体积如指甲大小跨越的强力推手，便是名为鳍式效晶体管的新式互补金属氧化物半导体晶体管，其长度小于25毫微米，未来可进一步缩小到大约人类头发宽度的一万分之一。这半导体技术上的一大突破，成为未来晶体片设计师将超级电脑设计成指甲大小的绝对利器。
由此观之，所谓计算机的突破以及未来发展的种种奇迹，都是基于构成计算机的一个个微小的零部件的升级，一种种现有材料的更新，而这背后又是一个个邻域的不断探索和一代代科学家的前赴后继。计算机的发展成果说到底就是科技潮流发展推动的产物，更是人类智慧结晶的集合体。
计算机能耗的大幅降低：
随着电脑技术的飞速发展，多核芯片的迅速普及，电脑的功耗成倍增长，而在有限的能源下如何去降低功耗这也成为了目前越来越多的人关注的问题。所以目前新标准要想获得更多用户的认可必须向低功耗方向发展。全球的PC数量每年都在飞速增长。每年PC的耗电量也是相当惊人的，即使是每台电脑PC减低1W的幅度，其省电量也是非常可观的。
所以，在低能耗的呼吁下，DDR已经被历史所全面淘汰，DDR2也将成为强弩之末。目前的形式暗示着高能节能的计算机芯片组的到来。这些新的芯片组在节能的同时，还有望解决内存宽带的瓶颈，内存宽带将会大幅提升。
如果将视野从计算机转向整个业界来看，能耗的大大降低会将更多节省的能源用于计算机的进一步开发与创新。相信，未来的计算机领域将会进入超低能耗、超快发展的全新时代。
人工智能的鼎力相助：
人工智能作为计算机科学的一个分支，其深入了解了智能的实质，造就了包括机器人、语言识别、自然语言处理和专家系统等的先进技术。随着理论和技术的日益成熟，其应用领域也不断扩大，未来在人工智能的参与下，有望实现计算机、网络、通信技术的三位一体化，进而衍生出一系列未来超级计算机，下面列举几例：
分子计算机：分子计算机的运算速度是目前计算机的1000亿倍，最终将会取代硅芯片计算机。
量子计算机：量子力学证明，个体光子通常不相互作用，但是当它们与光学谐腔内的原子聚在一起时，它们相互之间会产生强烈的影响。光子的这种特性可用来发展量子力学效应的信息处理器件---光学量子逻辑门，进而制造出量子计算机。
DNA计算机： 科学家研究发现，脱氧核糖核酸有一种特性，能够携带生物体的大量基因物质。数学家、生物学家、化学家以及计算机专家从中获得启迪，正在合作研制未来的液晶DNA电脑。
神经元计算机：将来，人们制造能够完成类似人脑功能的计算机系统，即人造神经元网络。神经元计算机最有前途的应用是国防：它可以识别物体和目标，处理复杂的雷达信号，决定要击毁的目标。神经元计算机的联想式信息存储、对学习的自然适应性、数据处理等性能都异常有效。
生物计算机：生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。它利用蛋白质的开关特性，用蛋白质分子作为元件从而制成的生物芯片。其性能是由元件与元件之间的电流启闭开关速度来决定的。由蛋白质构成的集成电路，其运行速度非常快，大大超过了人脑的思维速度。
人类本身就是一个精妙绝伦的艺术品，生物资源所具有的特性更是未来计算机发展所能参照的最好的范例。由人工智能的大量涌现与不断发展甚至战胜人类的种种事例来看，计算机的发展将更接近人类自身，甚至与人类结合，由此看来，半机械人的时代或将成为现实。
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