芯片上的光之囚籠：這枚納米激光器或讓計算機能耗減半

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全球數據中心每年消耗的電量已經超過整個英國。這些電力大多化作熱量，被空調無情地排向大氣。如果芯片內部能用光粒子代替電子傳遞信息，這場能源危機或將終結。丹麥技術大學（DTU）剛剛在《科學進展》發表的成果，讓這個"如果"向前邁出了一大步：他們造出了一枚打破物理尺寸極限的納米激光器，理論上能讓計算機能耗直接腰斬。

DTU團隊的核心發明是一個基于半導體薄膜的納米腔結構。它像個微型的光之陷阱，能把光和電子同時禁錮在極小的空間里。

傳統激光器受限于衍射極限，尺寸通常無法小于光波長的一半。但這枚新器件打破了這一鐵律，將光集中到了此前被認為不可能的微觀區域。

當外部光束照射時，光和電子在這個納米區域內高效耦合。這使得激光器能在室溫下運行，且能耗極低。研究團隊強調，這是實現片上光互連的關鍵積木。

用光代替電傳輸數據并非新概念。光纖早已橫跨大洋，但芯片內部依然是電子的天下。銅導線在納米尺度下電阻劇增，發熱嚴重，成為算力提升的瓶頸。

過去二十年，硅光子學試圖將激光器搬到芯片上。傳統邊發射激光器體積龐大，難以集成。垂直腔面發射激光器（VCSEL）雖可陣列化，但能耗和尺寸仍無法滿足未來萬核處理器的需求。

DTU的納米激光器代表了介電約束的極端情況。它不再需要龐大的反射鏡，而是依靠納米結構對光的"綁架"，為在單芯片上集成數千個激光光源鋪平了道路。

中國讀者最關心的或許是：我們在這個賽道上落后了嗎？答案是沒有掉隊，且在部分方向并跑甚至領跑。

北京大學肖云峰、龔旗煌團隊早在2017年就實現了納米尺度的回廊腔激光器，品質因子極高。中科院物理所陸凌研究員在拓撲光子學領域的突破，為光限域提供了全新思路。在產業端，華為2019年展示的硅光芯片已用于光通信，中科院西安光機所也在開發電泵浦納米激光器。

但實事求是地說，DTU這次在"極端介電約束"這一特定指標上取得了領先。中國團隊更多聚焦于回音壁模式或等離激元方案，而DTU的納米腔結構提供了另一種可能的技術路線。這并非代差，而是路線之爭。

盡管前景誘人，但這枚納米激光器目前仍需外部激光照射（光泵浦）才能工作。真正的挑戰在于電泵浦：如何讓電子直接注入納米腔并高效轉化為光子，而不引入過多熱量。

Jesper M?rk教授估計，這個最終的技術 hurdle 需要5到10年解決。一旦突破，手機續航時間可能翻倍，數據中心不再需要巨大的冷卻系統。醫療領域也將受益，這種激光器可驅動超高分辨率成像和飛克級生物傳感器。

從電到光，是信息技術底層邏輯的歷史性遷徙。DTU的這枚納米激光器，或許正是撬動遷徙的支點。