搞定“光子计算机”大难题，运行再也不怕过热

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俄罗斯物理学家已经知道如何防止光子计算机的一个关键元件过热，这意味着我们和光速数据处理之间的最大阻碍之一已被克服。我们仅需简单地将微处理器中的电子换成光子，便既能使计算机的运行速度快上好几万倍，还能解决影响所有人的一个大问题——电子在处理器和储存器之间的移动速度即将达到极限。

这个问题被称为“冯诺依曼瓶颈”：假如从储存器提取或储存信息的速度已达极限，那么研发更快的电子计算机系统处理器便毫无意义。我们需要对系统进行彻底的重新思考，于是量子计算机和光子计算机便应运而生。

尽管用光子取代电子听上去很简单，但要真正实现它可一点都不简单。虽然用光(而非电)运行现有的计算机能够有效地提升数据的转移速率，但硅芯片依旧要求光子能够转化为电子进行处理。这意味着一切都将再次降速，而系统会在转化过程中消耗大量额外能量，这还不如一开始就使用电子呢。

因此，我们需要彻底重建计算机，以便对光子进行处理。这一点是显而易见的，而IBM、英特尔、惠普、美国国防军目前都投资了数十亿美元在“光电芯片”的研发上。这种芯片以电进行计算，但用光运输信息。

如果你曾近距离观察过微芯片，那么就会知道它们由各种各样紧密弯曲的通道构成——这些是电子运行的通道。但新版芯片的问题在于，我们很难让光弯曲通行，而解决方法便是“等离子体激元元件”，它能利用金属表面光子和电子的独特振荡交互作用。但这依旧不容易，光波约为1微米(1千纳米)，但我们差不多能制造10纳米的晶体管。因此，我们要么采用巨大的组件，照光波原本的模样进行传输，牺牲效率提升幅度；要么将光限制在纳米级表面波上，即表面等离子体激元。

我们能够做到这些，但在这个过程中，等离子体激元元件的温度会上升100开氏度，然后失效。若想使它们保持散热，可不止一台电风扇这么简单，我们需要一个能够在小于十亿分之一米的数量级上运行的散热系统。正因如此，许多人认为在接下来数十年内，彻底的光子晶体管不可能问世。

然而，莫斯科物理技术学院的研究人员表示，他们已经想出了解决办法。热量产生在表面等离子体激元被元件内的金属吸收时，因此他们在元件内植入了“高性能热接口”。这些接口基本上就是一层层的导热材料，它们被安置在芯片和传统散热系统之间，以确保芯片能够高效地散热。他们表示，该方法可以使温度升高保持在10摄氏度以内。

本文译自 sciencealert，由 蛋花 编辑发布。