4大難題待克服

中國時報 B4/科學周報 2008/08/24

【唐鎮宇/專題報導】
  有關光學電腦的討論已久,美、日等國30年前就開始從事相關研發,但遲至今日仍無法進入實用階段,主要是面臨以下的問題。
  問題1:體積過大。要用光束取代電力,必須先做出「光子晶體」,如同傳統電晶體一般的發出光束,研發之初受限於能源供應與材料限制,要做出具備現行桌上型電腦功能的光學電腦,體積可能大到像一台汽車。
  1983年,英國的郝瓦大學(Heriot-Watt University)宣稱研發出以銻化銦為材料的光學開關,一開一關僅需萬億分之一秒,較通用矽開關快1000倍;後來美國與日本也相繼投入開發,但因為一些物理上無法克服的困難,目前仍在繼續努力。
  清大材料工程系教授周立人與其研究團隊研究LED奈米線時,意外發現將金的奈米顆粒包覆在絕緣材料「氧化鎵」中,再用綠光照射,會使局部表面產生電漿共振效應;不照光或波長不對時,就不會產生電流。「不照光」與「照光」的電流切換,可成為光學電腦的重要元件,將光學電腦的體積大幅縮小。
  由氧化鎵包覆的金奈米粒子,黃金的比例超過30%,未來如要大量工業化生產,成本會是關鍵,
  問題2:製作環境。有些原料必須在太空,或極低溫下才能製作,都沒有矽晶片方便與便宜。
  問題3:記憶體功能。傳統電腦運算時,可以由「電源供應」暫存運算的過程與結果,但光目前在技術上仍缺乏像「記憶體」一樣的東西來「留住光」。
  問題4:關鍵元件不易開發。光邏輯閘必須具備低運算、低儲存功率,高運算速率與能積體化,還要能大規模串接形成模組,並能平行化等好幾種困難條件。未來希望藉助奈米化、量子化等新技術克服。
  (諮詢對象:清大材料工程系教授周立人、銘傳大學數位傳播學系主任劉忠陽、交大光電系教授賴(日英)杰)