摩尔定律是驱动一个上万亿产业的发动机，计算机驱动了信息时代的发展，硅芯片技术能将摩尔定律支撑到2020年以后吗？

　　摩尔定律指芯片制造商每隔18个月就能将尺寸只有指甲盖大小的硅晶片上的晶体管数目翻一番，他们通过在结晶硅片上蚀刻极其细微的凹槽来做到这一点。在奔腾芯片中，典型线宽现在只有人发的1／500，绝缘层只有25个原子厚。但是，最终晶体管将变得如此之小，以致于其硅部件的尺寸将达到分子级。在这类不可思议的超近距离内，电子将产生量子效应，引起短路。

　　当然，提醒摩尔定律即将过时的警告早在数十年前就有人提出过，近几年来此类警告声更是不绝于耳。有人甚至提出摩尔定律最多只能维持到2014年。晶体管元件的尺寸已经即将抵达警戒线的最低点，即晶体管的极限线宽0．1微米，其绝缘层只有几个原子厚。

　　关键问题已经提出，准备寻找硅芯片技术的最佳替代品的研究工作已经逐渐形成一种规模浩大的改革运动，创造21世纪硅谷的竞赛已经开始。一些理论上的选择正在探究之中：

　　光学计算机

　　常规计算机靠电子流动来携带数据，光学计算机则用光子流携带数据，激光光束能够毫无阻碍地彼此穿透，有可能用来制造微处理器。科学家现已发明了一种光学晶体管，但这种部件目前过于笨重庞大，一台台式光学计算机可能得有一辆小汽车那么大。

　　生物计算机

　　这是科学家提出的最聪明、最灵巧的设想之一，它利用DNA进行计算，把DNA双螺旋分子作为一种生物计算机的记忆磁带，（除了代替以0s和1s的二进制形式将信息密码化外，它还使用4个核酸代替A，T，C，G）。这种方式更适于进行大额数目的计算。因此，大银行和研究机构以及学院有可能在将来使用它。但技术开发难度很大，近期难见成效。

　　分子计算机

　　这类计算机分别用单个分子和单个电子代替硅晶体管，起到类似逻辑门和电子开关的作用，但目前面临许多难以攻克的技术难题，如何批量生产原子导线和原子绝缘体等，目前只停留在理论阶段，尚无样机出现。

　　量子计算机

　　在这场高技术竞赛中，最出人意料的黑马当属量子计算机，它有可能成为能力无限的新型超级计算机，而且可无限小型化。其设想为：让一束激光或无线电电波穿越经仔细排列的原子核列阵，其中，每一个原子核都像陀螺一样快速自旋。当这束激光碰到原子核被反弹开时，会彻底改变原子核的自旋方向，使其反向自旋。通过分析原子核的自旋方向如何被变更，可进行复杂运算。这种设计通过确定单个原子核的自旋方向将信息密码化，如顺时针自旋为0，逆时针自旋为1。目前，量子计算机只能在或许5个原子的旋转轴上执行无关紧要，价值不大的计算。要想执行任何有用的工作，它们需要在数百万个原子上进行计算。

　　显然，这些设计目前都处于初级阶段，尚无一个真正成型。大多数仍停留在设计图板上，甚至那些已经出现样机的设计也太过粗糙，无法与硅芯片的便利和有效竞争。

original link
http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/xxkx/k092902.htm