芯片上的光之囚笼：这枚纳米激光器或让计算机能耗减半

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全球数据中心每年消耗的电量已经超过整个英国。这些电力大多化作热量，被空调无情地排向大气。如果芯片内部能用光粒子代替电子传递信息，这场能源危机或将终结。丹麦技术大学（DTU）刚刚在《科学进展》发表的成果，让这个"如果"向前迈出了一大步：他们造出了一枚打破物理尺寸极限的纳米激光器，理论上能让计算机能耗直接腰斩。

DTU团队的核心发明是一个基于半导体薄膜的纳米腔结构。它像个微型的光之陷阱，能把光和电子同时禁锢在极小的空间里。

传统激光器受限于衍射极限，尺寸通常无法小于光波长的一半。但这枚新器件打破了这一铁律，将光集中到了此前被认为不可能的微观区域。

当外部光束照射时，光和电子在这个纳米区域内高效耦合。这使得激光器能在室温下运行，且能耗极低。研究团队强调，这是实现片上光互连的关键积木。

用光代替电传输数据并非新概念。光纤早已横跨大洋，但芯片内部依然是电子的天下。铜导线在纳米尺度下电阻剧增，发热严重，成为算力提升的瓶颈。

过去二十年，硅光子学试图将激光器搬到芯片上。传统边发射激光器体积庞大，难以集成。垂直腔面发射激光器（VCSEL）虽可阵列化，但能耗和尺寸仍无法满足未来万核处理器的需求。

DTU的纳米激光器代表了介电约束的极端情况。它不再需要庞大的反射镜，而是依靠纳米结构对光的"绑架"，为在单芯片上集成数千个激光光源铺平了道路。

中国读者最关心的或许是：我们在这个赛道上落后了吗？答案是没有掉队，且在部分方向并跑甚至领跑。

北京大学肖云峰、龚旗煌团队早在2017年就实现了纳米尺度的回廊腔激光器，品质因子极高。中科院物理所陆凌研究员在拓扑光子学领域的突破，为光限域提供了全新思路。在产业端，华为2019年展示的硅光芯片已用于光通信，中科院西安光机所也在开发电泵浦纳米激光器。

但实事求是地说，DTU这次在"极端介电约束"这一特定指标上取得了领先。中国团队更多聚焦于回音壁模式或等离激元方案，而DTU的纳米腔结构提供了另一种可能的技术路线。这并非代差，而是路线之争。

尽管前景诱人，但这枚纳米激光器目前仍需外部激光照射（光泵浦）才能工作。真正的挑战在于电泵浦：如何让电子直接注入纳米腔并高效转化为光子，而不引入过多热量。

Jesper Mørk教授估计，这个最终的技术 hurdle 需要5到10年解决。一旦突破，手机续航时间可能翻倍，数据中心不再需要巨大的冷却系统。医疗领域也将受益，这种激光器可驱动超高分辨率成像和飞克级生物传感器。

从电到光，是信息技术底层逻辑的历史性迁徙。DTU的这枚纳米激光器，或许正是撬动迁徙的支点。