谁还需要电子？

黑斯廷斯

前年圣诞节，英特尔公司硅光子实验室的潘尼西亚博士收到了一份并非圣诞老人所能赠送的礼物：他和同事尝试利用硅（制造普通电脑芯片的材料）来制造激光，终于成功了。潘尼西亚回忆道：“我记得我是在12月23日接到电话的。有个家伙当下激动得欢蹦乱跳。起先我们简直以为自己在做梦，过了好一阵子才能够确定这是真的。”他立即邀请外面的专家来确认这一成果，然后利用余下的假期写了一篇研究报告。一个月后，这篇报告在《自然》杂志上发表。

除了潘尼西亚和他的同事，其他光学研究员也欢欣雀跃。十几年前，科学家已经预言光学计算技术将是信息技术领域中的下一个大跃进，然而直到不久前，这一预言仍未能实现。现在，由于有了大量的新发现，工程师也许终于有能力研制出新一代的电脑，能够处理以光（而不是电）的形式出现的信息。

很久以前，工程师已经知道光的传送信息能力远优于电。早在20世纪70年代，电话公司已经用光纤取代了铜制的越洋传输电缆。今天，互联网上的信息是以光脉冲的形式由光纤传送的。问题出在这些光脉冲到达目的地之后：光脉冲必须被转换成电脉冲才能被电脑使用，因此，信息流的速度会大大降低。科学家已经研制出能够处理光的大型电脑和服务器，可是这些电脑和服务器必须使用先进而且昂贵得令人咋舌的半导体。

用便宜的硅来制造光芯片显然是一个解决方法，可是在过去，许多科学家都认为这个方法肯定是行不通的，因为硅的导光性并不强。不过，有少数工程师锲而不舍，包括英特尔的潘尼西亚。后来，潘尼西亚终于研究出了使硅发出激光的方法。他和同事首先用蚀刻技术在硅中刻出一条微小的通道，然后利用特别设计的镜子来导光。起先，由于芯片被电子阻塞，这激光器不能产生作用。潘尼西亚和他的小组继续思索，终于想到了利用真空装置和强力正电荷来把电子“冲走”， 结果使激光的强度增加了一倍。

与此同时，纽约州约克敦海茨市IBM研究实验室的科学家设计了一种微型装置，通过引导光子（构成光的粒子）沿着具有缓冲作用的硅通道（通道壁上有些小孔，使光可以散射）前进，能使光子在硅芯片上的前进速度减慢到只等于正常速度的三百分之一以下。这种缓冲装置不但能使光子的速度降低，还能使芯片不损失任何数据。以前也曾有其他科学家尝试用硅来制造类似的缓冲装置，可惜他们的装置都会导致大量光流失。IBM的研究人员使用了一种叫做“光子晶体”的材料，能将信号强度的损失量控制在5%以下。

去年10月，斯坦福大学的研究人员发明了一种新型调节器，能够以每秒钟高达1000亿次的频率将光接通和中断，以控制芯片中的光子流。通过应用如此精确的光子控制技术，如今科学家能够用一种比以前小得多的装置来处理因数据流增加而引起的光子堵塞情况，从而使工程师能够将电脑中的芯片与光纤连接起来，不再需要使用铜线（铜线常会发生阻塞，是导致个人电脑的速度无法再提高的主要原因）。目前，最先进的通信设备每秒钟能传输100亿比特的数据，而光芯片每秒钟能传输1000亿比特。

研究人员认为，这就意味着电脑的速度将能够提高10倍甚至100倍，使我们能够在几秒钟内下载完一部电影，或者在瞬间搜索几千兆字节的信息。这种技术还会带来许多其他新事物，例如功能强大得多的医疗器械、更精确的环境监测设备、更好的无线通信设备等。潘尼西亚说：“你每天一觉醒来，都会觉得自己即将又看到某种能够改变世界的新事物。”然而，研究人员也指出，也许还要再研究五到十年，这些进步才能离开实验室成为产品。惠普实验室的首席调查员博索雷说，最近该公司委托美国国防高级研究计划局进行了一次国内研究，以看看“人们能推使光科技前进多远”。他说，研究报告指出，到了2018年，毫米以下的微芯片上光学通信设备将有可能面世。目前，科学家深信他们已取得了大部分必需的进步，剩下的只是将科学转变为工程学这一极耗费时间而又艰难的工作。(Source: Newsweek,2006,3)