誰還需要電子？

黑斯廷斯

前年圣誕節(jié)，英特爾公司硅光子實驗室的潘尼西亞博士收到了一份并非圣誕老人所能贈送的禮物：他和同事嘗試?yán)霉瑁ㄖ圃炱胀娔X芯片的材料）來制造激光，終于成功了。潘尼西亞回憶道：“我記得我是在12月23日接到電話的。有個家伙當(dāng)下激動得歡蹦亂跳。起先我們簡直以為自己在做夢，過了好一陣子才能夠確定這是真的?！彼⒓囱埻饷娴膶＜襾泶_認(rèn)這一成果，然后利用余下的假期寫了一篇研究報告。一個月后，這篇報告在《自然》雜志上發(fā)表。

除了潘尼西亞和他的同事，其他光學(xué)研究員也歡欣雀躍。十幾年前，科學(xué)家已經(jīng)預(yù)言光學(xué)計算技術(shù)將是信息技術(shù)領(lǐng)域中的下一個大躍進(jìn)，然而直到不久前，這一預(yù)言仍未能實現(xiàn)?，F(xiàn)在，由于有了大量的新發(fā)現(xiàn)，工程師也許終于有能力研制出新一代的電腦，能夠處理以光（而不是電）的形式出現(xiàn)的信息。

很久以前，工程師已經(jīng)知道光的傳送信息能力遠(yuǎn)優(yōu)于電。早在20世紀(jì)70年代，電話公司已經(jīng)用光纖取代了銅制的越洋傳輸電纜。今天，互聯(lián)網(wǎng)上的信息是以光脈沖的形式由光纖傳送的。問題出在這些光脈沖到達(dá)目的地之后：光脈沖必須被轉(zhuǎn)換成電脈沖才能被電腦使用，因此，信息流的速度會大大降低?？茖W(xué)家已經(jīng)研制出能夠處理光的大型電腦和服務(wù)器，可是這些電腦和服務(wù)器必須使用先進(jìn)而且昂貴得令人咋舌的半導(dǎo)體。

用便宜的硅來制造光芯片顯然是一個解決方法，可是在過去，許多科學(xué)家都認(rèn)為這個方法肯定是行不通的，因為硅的導(dǎo)光性并不強(qiáng)。不過，有少數(shù)工程師鍥而不舍，包括英特爾的潘尼西亞。后來，潘尼西亞終于研究出了使硅發(fā)出激光的方法。他和同事首先用蝕刻技術(shù)在硅中刻出一條微小的通道，然后利用特別設(shè)計的鏡子來導(dǎo)光。起先，由于芯片被電子阻塞，這激光器不能產(chǎn)生作用。潘尼西亞和他的小組繼續(xù)思索，終于想到了利用真空裝置和強(qiáng)力正電荷來把電子“沖走”， 結(jié)果使激光的強(qiáng)度增加了一倍。

與此同時，紐約州約克敦海茨市IBM研究實驗室的科學(xué)家設(shè)計了一種微型裝置，通過引導(dǎo)光子（構(gòu)成光的粒子）沿著具有緩沖作用的硅通道（通道壁上有些小孔，使光可以散射）前進(jìn)，能使光子在硅芯片上的前進(jìn)速度減慢到只等于正常速度的三百分之一以下。這種緩沖裝置不但能使光子的速度降低，還能使芯片不損失任何數(shù)據(jù)。以前也曾有其他科學(xué)家嘗試用硅來制造類似的緩沖裝置，可惜他們的裝置都會導(dǎo)致大量光流失。IBM的研究人員使用了一種叫做“光子晶體”的材料，能將信號強(qiáng)度的損失量控制在5%以下。

去年10月，斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新型調(diào)節(jié)器，能夠以每秒鐘高達(dá)1000億次的頻率將光接通和中斷，以控制芯片中的光子流。通過應(yīng)用如此精確的光子控制技術(shù)，如今科學(xué)家能夠用一種比以前小得多的裝置來處理因數(shù)據(jù)流增加而引起的光子堵塞情況，從而使工程師能夠?qū)㈦娔X中的芯片與光纖連接起來，不再需要使用銅線（銅線常會發(fā)生阻塞，是導(dǎo)致個人電腦的速度無法再提高的主要原因）。目前，最先進(jìn)的通信設(shè)備每秒鐘能傳輸100億比特的數(shù)據(jù)，而光芯片每秒鐘能傳輸1000億比特。

研究人員認(rèn)為，這就意味著電腦的速度將能夠提高10倍甚至100倍，使我們能夠在幾秒鐘內(nèi)下載完一部電影，或者在瞬間搜索幾千兆字節(jié)的信息。這種技術(shù)還會帶來許多其他新事物，例如功能強(qiáng)大得多的醫(yī)療器械、更精確的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、更好的無線通信設(shè)備等。潘尼西亞說：“你每天一覺醒來，都會覺得自己即將又看到某種能夠改變世界的新事物?！比欢芯咳藛T也指出，也許還要再研究五到十年，這些進(jìn)步才能離開實驗室成為產(chǎn)品?；萜諏嶒炇业氖紫{(diào)查員博索雷說，最近該公司委托美國國防高級研究計劃局進(jìn)行了一次國內(nèi)研究，以看看“人們能推使光科技前進(jìn)多遠(yuǎn)”。他說，研究報告指出，到了2018年，毫米以下的微芯片上光學(xué)通信設(shè)備將有可能面世。目前，科學(xué)家深信他們已取得了大部分必需的進(jìn)步，剩下的只是將科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虒W(xué)這一極耗費時間而又艱難的工作。(Source: Newsweek,2006,3)