后摩爾定律時(shí)代誰來主導(dǎo)芯片產(chǎn)業(yè)

　　惠普實(shí)驗(yàn)室已利用30納米寬的鈦線和鉑線制造出交叉線設(shè)計(jì)的原型，而采用的材料和工藝類似于目前半導(dǎo)體行業(yè)所用的材料和工藝?；萜展镜难芯咳藛T認(rèn)為，每條線的寬度最小能做到8納米。另外也有幾個(gè)研究小組在研究用硅、鈦和硫化銀做成交叉線。

　　光子計(jì)算：與光一樣快

　　替代硅芯片的全新技術(shù)仍然還處于研發(fā)初期，真正的商用產(chǎn)品可能十年后才會(huì)問世，但摩爾定律到那時(shí)可能走到頭了，所以研究人員不得不研發(fā)新的解決辦法—光學(xué)計(jì)算就是其中之一。

　　在光學(xué)計(jì)算中，載送信息的不是電子，而是光子。光子的載送速度要快得多，達(dá)到了光速;不過，要控制光也困難得多。通信線路中的光纜沿線處的光學(xué)開關(guān)其制造技術(shù)取得了進(jìn)展，這有助于光學(xué)計(jì)算的研究。出人意料的是，最重要的研究其目的卻是，研制出介于多核芯片上傳統(tǒng)處理器之間的光學(xué)互連器件。并行處理信息的處理器核心之間要來回傳送大量數(shù)據(jù)，所以連接處理器核心的引線會(huì)成為瓶頸，而光學(xué)互連器件有望改善數(shù)據(jù)傳送。惠普實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在評(píng)估可將傳送的信息量增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)的設(shè)計(jì)。

　　其他機(jī)構(gòu)組織正在研制光學(xué)互連器件來取代速度較慢的銅線，如今人們用銅線把處理器芯片與計(jì)算機(jī)里面的其他部件(如內(nèi)存芯片和DVD驅(qū)動(dòng)器)連起來。英特爾和加州大學(xué)圣巴巴拉分校的工程師們采用常規(guī)的半導(dǎo)體制造工藝，利用硅和磷酸銦研制出了光學(xué)“數(shù)據(jù)管道”。不過，純粹的光學(xué)計(jì)算芯片的出現(xiàn)還需要在技術(shù)層面取得一些根本性突破。

　　分子計(jì)算：用分子做成電路

　　在分子計(jì)算中，代表1和0的是分子，而不是晶體管。當(dāng)分子是生物分子時(shí)(如DNA)，這類計(jì)算稱為分子計(jì)算(參閱下文的“生物計(jì)算：能存活的芯片”)。為了區(qū)分，工程師可能會(huì)將非生物分子計(jì)算稱為分子邏輯或分子電子學(xué)。

　　典型的晶體管有三個(gè)端子(可以想象成字母Y)：源極、柵極和漏極。對(duì)柵極(Y的下半部)施加電壓后，就會(huì)引起電子在源極和漏極之間移動(dòng)，形成1或0。從理論上來說，樹枝狀分子會(huì)引發(fā)信號(hào)以類似的方式移動(dòng)。十年前，耶魯大學(xué)和賴斯大學(xué)的研究人員利用苯作為一種構(gòu)建材料，研制出了分子開關(guān)。

　　分子可能很小，所以用分子做成的電路可能比用硅做成的電路小得多。不過，一個(gè)現(xiàn)實(shí)的難題是必須找到制造復(fù)雜電路的方法。研究人員們認(rèn)為，自組裝也許是一種解決辦法。2009年10月，賓夕法尼亞大學(xué)的一個(gè)科研小組單單利用促使自組裝的化學(xué)反應(yīng)，就把鋅和結(jié)晶硫化鎘轉(zhuǎn)變成金屬-半導(dǎo)體超晶格電路。

　　量子計(jì)算：表達(dá)出更多的信息

　　用一個(gè)個(gè)原子、電子甚至光子做成的電路元件將是尺寸最小的元件。在這么小的尺寸范圍內(nèi)，元件相互之間的聯(lián)系由量子力學(xué)(即解釋原子行為的一套定律)管理。量子計(jì)算機(jī)可能擁有異常驚人的密度和速度，但實(shí)際制造量子計(jì)算機(jī)及管理隨之出現(xiàn)的量子效應(yīng)卻困難重重。

　　原子和電子具有能在不同狀態(tài)下存在的特性，能夠組成量子比特(Qubit)。研究處理量子比特的幾種方法正在試驗(yàn)中。一種名為自旋電子(Spintronics)的方法使用電子，電子的磁矩會(huì)在兩種旋轉(zhuǎn)方向中選擇其一。就好比一只球往一個(gè)方向或另一方向旋轉(zhuǎn)(分別表示1或0)。不過，兩個(gè)狀態(tài)還能共存于一個(gè)電子中，形成一種獨(dú)特的量子狀態(tài)，名為0和1的疊加(Superposition)。在疊加狀態(tài)下，一連串電子可以表示比一串只有普通比特狀態(tài)的硅晶體管多得多的信息。加州大學(xué)圣巴巴拉分校的科學(xué)家們已通過用蝕刻到金剛石上的空腔來俘獲電子，做成了許多不同的邏輯柵極。

　　在馬里蘭大學(xué)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所研究的另一種方法中，一串離子懸浮在帶電板之間，而激光可以快速轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)離子的磁定向(量子比特)。第二種方法是檢測離子發(fā)射出來的不同種類的光子，種類取決于離子的定向。

　　除了具有疊加優(yōu)點(diǎn)外，量子元件還能表示出更多的信息，如多個(gè)量子比特的信息狀態(tài)可以結(jié)合起來，從而獲得處理信息。