黑斯廷斯

前年圣誕節(jié)，英特爾公司硅光子實(shí)驗(yàn)室的潘尼西亞博士收到了一份并非圣誕老人所能贈(zèng)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(gè)家伙當(dāng)下激動(dòng)得歡蹦亂跳。起先我們簡直以為自己在做夢(mèng)，過了好一陣子才能夠確定這是真的。”他立即邀請(qǐng)外面的專家來確認(rèn)這一成果，然后利用余下的假期寫了一篇研究報(bào)告。一個(gè)月后，這篇報(bào)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(jì)算技術(shù)將是信息技術(shù)領(lǐng)域中的下一個(gè)大躍進(jìn)，然而直到不久前，這一預(yù)言仍未能實(shí)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(huì)大大降低。科學(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(gè)解決方法，可是在過去，許多科學(xué)家都認(rèn)為這個(gè)方法肯定是行不通的，因?yàn)楣璧膶?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(jì)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(shí)，紐約州約克敦海茨市IBM研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家設(shè)計(jì)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(huì)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(hào)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(huì)發(fā)生阻塞，是導(dǎo)致個(gè)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(huì)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(cè)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(huì)覺得自己即將又看到某種能夠改變世界的新事物?！比欢?，研究人員也指出，也許還要再研究五到十年，這些進(jìn)步才能離開實(shí)驗(yàn)室成為產(chǎn)品?；萜諏?shí)驗(yàn)室的首席調(diào)查員博索雷說，最近該公司委托美國國防高級(jí)研究計(jì)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(bào)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(fèi)時(shí)間而又艱難的工作。(Source: Newsweek,2006,3)