半 導 體 工 業 界 發 展 過 程 中 ， 有 個 起 先 只 是 對 技 術 遠 景 預 測 的 一 句 玩 笑 ， 結 果 卻 發 展 成 為 其 進 步 的 一 種 必 然 法 則 ， 稱 之 為 摩 爾 定 律 。 早 自 1975 年 始 ， 半 導 體 積 體 電 路 晶 片 所 含 的 電 晶 體 數 目 ， 在 積 極 的 競 爭 下 每 18 個 月 便 能 增 加 一 倍 。 此 進 展 促 使 微 處 理 器 記 憶 體 的 功 能 加 大 、 加 快 而 且 同 時 變 得 更 便 宜 。 為 什 麼 會 這 樣 的 呢 ？ 因 為 在 新 一 代 的 積 體 電 路 中 ， 其 組 成 的 電 晶 體 的 尺 寸 變 得 比 以 前 更 小 。 這 種 微 電 子 裝 置 快 速 縮 小 的 技 術 ， 造 就 了 目 前 資 訊 系 統 空 前 的 大 革 命 。 然 而 這 種 幾 何 級 數 的 進 展 ， 以 目 前 使 用 中 或 發 展 中 的 電 子 製 造 的 技 術 水 準 （ 譬 如 電 閘 、 光 電 體 或 更 有 創 意 的 發 明 ） 來 做 評 估 是 不 可 能 永 遠 的 持 續 下 去 。

現 今 電 腦 科 技 發 展

           目 前 人 類 期 望 在 非 常 小 的 物 理 尺 度 中 做 進 一 步 的 探 尋 ： 在 所 謂 的 原 子 或 分 子 的 世 界 中 試 圖 有 所 突 破 。 此 類 微 小 尺 度 中 的 科 學 工 藝 發 展 ， 被 稱 之 為 超 微 （ 或 奈 諾 ） 科 學 或 技 術 。 若 是 成 功 ， 我 們 將 可 在 現 有 積 體 電 晶 片 中 塞 入 的 電 晶 體 不 會 僅 是 百 萬 個 ， 而 將 是 數 十 億 個 。 目 前 科 學 家 們 不 只 是 使 用 傳 統 的 電 子 零 件 而 已 ， 另 外 也 在 原 子 及 分 子 的 領 域 做 一 些 突 破 ， 例 如 有 光 電 通 訊 、 光 子 技 術 、 以 及 利 用 「 個 別 分 子 特 性 」 的 研 究 。 人 類 嘗 試 著 將 這 些 新 技 術 能 夠 在 電 腦 上 做 更 大 範 圍 的 應 用 。 在 此 讓 我 們 對 這 種 超 微 技 術 做 個 簡 單 的 回 顧 。 以 半 導 體 製 造 技 術 來 說 ， 分 別 有 光 學 印 刷 術 、 銅 質 聯 結 技 術 、 絕 緣 體 上 植 矽 以 及 矽 鍺 化 合 物 這 幾 個 部 份 的 研 究 ， 目 的 是 希 望 電 晶 體 運 作 時 的 切 換 速 度 加 快 加 大 。 同 時 人 類 也 在 探 求 未 來 可 能 的 計 算 系 統 方 式 ： 如 量 子 計 算 系 統 、 光 學 計 算 系 統 以 及 DNA 計 算 系 統 。 量 子 計 算 系 統 的 設 計 原 理 是 利 用 核 磁 共 振 的 特 性 。 編 碼 上 應 用 的 基 本 原 理 是 採 用 著 名 的 量 子 效 應 現 象 。 一 個 量 子 計 算 機 將 擁 有 非 常 高 的 計 算 能 力 ， 因 為 它 能 同 時 處 在 許 多 不 同 能 量 的 階 位 ， 而 且 能 從 那 些 階 位 狀 態 同 時 做 運 算 。 那 是 說 只 用 單 一 的 運 算 體 ， 可 以 同 時 並 聯 做 巨 量 的 計 算 。 同 樣 地 ， DNA 遺 傳 因 子 由 四 種 核 酸 組 成 ： adenine, thymine, guanine 和 cytosine。 這 四 個 A、T、G 和 C 可 以 非 常 有 效 地 儲 存 信 息 和 用 來 做 進 一 步 的 同 步 計 算 。 DNA 計 算 系 統 的 優 點 和 量 子 計 算 系 統 一 樣 也 是 基 於 這 種 同 步 並 聯 性 的 方 法 。 最 後 目 前 人 類 發 展 光 學 計 算 系 統 的 最 主 要 原 因 為 光 線 本 身 可 以 非 常 接 近 地 成 為 一 束 來 傳 播 訊 息 而 互 不 干 擾 ， 所 以 主 要 目 的 是 用 來 做 大 量 及 並 聯 式 的 資 料 傳 遞 。 以 上 幾 個 研 究 尚 未 有 突 破 性 的 進 展 ， 但 其 目 的 無 非 是 希 望 未 來 電 腦 工 業 仍 能 達 到 摩 爾 定 律 所 預 測 的 成 長 。 可 是 除 非 將 資 訊 處 理 與 儲 存 的 基 本 物 理 原 理 做 根 本 的 改 革 ， 否 則 ， 物 理 學 上 的 基 本 限 制 終 將 面 臨 ， 而 導 致 摩 爾 定 律 的 崩 潰 。 然 而 目 前 科 技 與 研 究 方 向 的 重 大 缺 失 在 於 它 們 全 都 是 利 用 介 質 來 儲 存 、 處 理 並 傳 遞 信 息 。 雖 然 光 學 計 算 用 光 線 本 身 來 傳 遞 信 息 ， 但 是 它 仍 然 是 以 物 質 來 儲 存 信 息 ， 有 時 甚 至 在 系 統 中 的 運 算 核 心 部 份 以 電 子 數 位 式 的 方 式 來 做 資 料 的 處 理 。 可 不 可 能 只 用 某 種 無 形 的 東 西 來 更 有 效 地 完 成 全 部 的 計 算 處 理 及 傳 遞 要 求 呢 ？ 答 案 是 ： 完 全 處 於 能 量 狀 態 的 光 子 是 唯 一 的 選 擇 。 以 下 的 文 章 是 李 導 師 講 述 光 子 有 趣 的 性 質 ， 以 及 如 何 加 以 運 用 的 簡 介 。

未 來 電 腦 科 技 的 曙 光 ─ ─ 光 子

           目 前 美 國 微 軟 公 司 總 裁 比 爾 蓋 茲 曾 提 到 「 數 位 類 神 經 網 路 」 ， 單 從 技 術 而 言 ， 它 是 仿 造 人 體 神 經 傳 導 系 統 ， 沒 有 什 麼 用 途 ， 在 我 所 知 道 的 二 十 一 世 紀 的 電 腦 發 展 要 比 這 個 先 進 得 多 。 人 類 的 電 腦 科 技 ， 所 有 的 資 訊 傳 導 都 還 需 要 經 過 介 質 。 機 器 人 再 怎 麼 製 造 ， 數 位 類 神 經 網 路 （Digital Neural Network） 再 怎 麼 做 、 再 怎 麼 模 仿 人 類 ， 所 有 的 模 仿 都 還 要 將 信 息 做 傳 遞 。 到 目 前 為 止 ， 縱 使 光 纖 系 統 也 是 要 經 過 傳 遞 的 媒 介 ， 如 果 能 夠 做 到 不 需 要 經 過 媒 介 的 傳 遞 ， 那 才 是 真 正 的 高 科 技 。 光 跟 電 子 ， 那 個 跑 得 快 ？ ─ ─ 光 。 電 子 要 透 過 導 電 的 介 質 ， 但 光 就 不 需 要 。 如 果 整 個 電 腦 的 開 發 ， 能 夠 做 到 所 有 的 傳 遞 ， 不 需 要 經 過 電 子 ， 而 是 經 過 光 子 來 傳 輸 ─ ─ 不 再 用 電 力 來 輸 送 資 訊 ， 多 麼 的 不 可 思 議 ！ 因 此 現 在 所 有 的 電 腦 都 要 變 成 垃 圾 了 ！ 光 只 有 一 個 缺 點 ， 就 是 它 呈 現 粒 子 狀 態 ， 運 動 時 以 直 線 前 進 ， 不 能 繞 著 走 。 未 來 要 是 在 地 球 外 面 ， 設 置 一 個 三 角 形 的 衛 星 ， 或 者 一 個 八 卦 形 狀 的 衛 星 ， 從 那 裏 放 射 出 光 子 ， 屆 時 全 世 界 的 資 訊 系 統 就 可 能 全 部 被 徹 底 地 毀 掉 。 光 根 本 不 需 要 任 何 傳 遞 媒 介 ， 在 真 空 中 就 可 以 放 射 前 進 。 光 只 要 一 秒 鐘 ， 就 可 以 發 出 幾 百 億 個 資 訊 ， 但 如 用 電 子 做 持 續 不 斷 傳 訊 的 話 ， 卻 要 消 耗 不 少 的 電 能 。 因 此 往 後 核 能 發 電 都 可 以 全 部 都 不 要 了 ， 核 電 廠 太 浪 費 也 太 危 險 了 ； 以 後 看 電 視 也 是 一 樣 ， 用 光 射 出 ， 一 秒 鐘 二 十 四 格 ， 每 一 格 用 一 個 光 子 射 在 上 面 ， 根 本 不 需 目 前 所 用 的 電 子 顯 像 。 光 在 宇 宙 之 中 運 行 ， 永 遠 不 會 損 壞 ， 你 看 宇 宙 目 前 至 少 已 形 成 一 百 五 十 億 光 年 ， 光 子 這 樣 穿 過 宇 宙 ， 孤 獨 地 移 動 著 ， 一 直 到 現 在 都 沒 有 壞 損 ， 也 沒 有 滅 亡 ， 資 訊 都 還 記 錄 在 其 中 。 光 子 是 什 麼 ？ ─ ─ 在 時 空 統 一 中 的 一 個 相 ， 根 本 不 需 要 任 何 物 質 的 幫 助 做 記 錄 ， 根 本 用 不 到 光 碟 ， 任 何 資 訊 都 將 記 錄 在 不 同 的 頻 率 中 ， 或 記 錄 在 不 同 的 偏 光 角 度 中 。 你 只 要 把 光 子 收 藏 起 來 ， 需 要 那 一 個 資 訊 ， 就 用 磁 力 線 去 點 取 那 個 光 子 ， 一 顆 光 子 只 有 幾 百 億 分 之 一 毫 米 ， 小 到 用 肉 眼 都 看 不 到 ， 用 電 子 顯 微 鏡 也 看 不 到 ， 但 它 比 現 在 的 一 千 萬 片 光 碟 或 磁 碟 片 所 記 錄 的 東 西 還 要 多 ， 因 為 它 的 空 間 沒 有 障 礙 。 我 預 測 ， 五 年 之 內 ， 人 類 一 定 會 提 出 我 這 個 想 法 ， 但 是 按 照 目 前 科 技 ， 沒 有 人 能 做 得 到 ， 更 遑 論 人 類 現 在 連 這 個 想 法 都 沒 有 。

（ 以 上 取 材 自 1998 年 6 月 18 日 李 導 師 在 台 北 心 法 一 上 課 內 容 ）