光計算機中的全新的邏輯門
通常意義上大家熟悉的光的幹涉是指三維空間中光的幹涉作用。利用空間光幹涉製成的邏輯門也有，但受限於龐大的體積，不可能做到晶片級集成。因此更有前景的方式是表面波幹涉。
所謂的「表面波」，可以理解為一種只在二維平面內傳輸的特殊光場。
為了便於理解接下去要講的內容，讓我們首先想像這樣一個場景。
有一天風和日麗，陽光明媚。蝸牛老師帶著四胞胎蝸牛來到了操場上，玩一個遊戲。
（圖：作者自製）
如上圖所示，他讓四隻蝸牛在操場左側依次排開，在操場右側分別插了一支綠旗一支紅旗。遊戲的規則是這樣的，在吹哨之後，四隻蝸牛同時開始運動，A和B朝綠旗爬，C和D朝紅旗爬，路線隨意。
但是有一個奇葩的規定就是，每爬一步，蝸牛們就要記個數，並且是按照「0，1，0，-1，0，1，0，-1」這樣的循環來計數。在他們到達目的地後，分別報出自己目前的數字，A與B的數字相加，C與D的數字相加，然後取絕對值，看哪一組的數字大。
很容易可以看出，在可能出現的結果中，最大的數字是2，最小的數字是0。由於是四胞胎，因此假設這四隻蝸牛每一步都是一模一樣長的。因此最終的結果只與他們走過的相對路程有關。要想獲勝，只要規劃一下自己走過的路線即可。
這是一個非常粗糙的例子，便於理解表面波的幹涉。在一個光滑表面上的某些位置激發出光場，作為光源。通過合理規劃兩個或多個光源發出的光走的路徑，則可以通過控制他們之間的相位差，實現幹涉相漲或相消的功能，實現光邏輯門，如下圖所示：
這張圖來自2012年的Nano Letters，是北京大學龔旗煌院士的研究團隊做出的成果。他們在金膜表面通過加工一組表面波激發源，並利用溝槽作為表面光波導，來控制光的路徑，波導寬度100nm，如下圖所示。
然後利用兩個或多個光源發出的光經過的路徑長度不同，匯聚後相位差不同，產生相漲或相消的效果，得到了一系列邏輯門。
上圖從a到c分別是或門、非門和同或門結構的電子顯微鏡照片。實驗結果也非常出色。
下圖是同或門的實驗結果（截圖我保留了原文圖例，供有興趣的同行閱讀更多的信息）：
下圖是異或門的實驗結果：
下圖是或門的實驗結果：
類似地，非門也非常容易實現。
當然了，單個的邏輯門離成型的計算機還差著十萬八千裡，但正所謂「千裡之行始於足下」，這種在設計時就已在晶片級集成尺度的邏輯門，還是讓以後商品化的全光晶片看到了一絲曙光。
必須要指出的是，許多新聞媒體總是喜歡用聳人聽聞的標題，類似於「光腦將面世」之類的詞語，讓大家盲目樂觀。實際上就像本文提到的表面波邏輯門一樣，只是科學家們又解決了一個關鍵性的問題而已，而這樣的問題還有很多很多。因此近幾年光計算機是不可能大規模應用，甚至取代電子計算機的，我們離家用的光計算機還有很遠的距離。請大家在保持樂觀的同時也要保持清醒的頭腦，相信這一天終將會到來。
註：以上論文圖片均來自 All-Optical Logic Gates Based on Nanoscale Plasmonic Slot Waveguides。