一杯水太热，我们会等它放凉了再喝。但在不久的将来，这很可能被视为是浪费的表现，因为多余的热量将可能成为计算机的能源。

    现在广泛使用的计算机是使用能控制电流的微电子元件来处理和传播信息的，在电子之后有人发现光子也可以传播和处理信息，以光子作为信息载体的新兴光子学工业和光子电脑也已开始成 型。但科学家们并不满足：“光子之后呢？”他们大胆地提出，该是“声子”粉墨登场的时候了。

    近日，新加坡国立大学物理系的李保文教授和王雷教授发现并证明，在晶体中传递热的振动也可用来传播和处理信息，这种振动量子叫“声子”，依据这个原理可以制造新一代“声子”计算机。

　　原理：以“声子”代替电子

    李保文和王雷教授掌握了声子或热的传递，在理论上确立了热二极管、热晶体管和热逻辑门。二极管、晶体管和逻辑门是计算机处理信息的基本单元。在电二极管、电晶体管和电逻辑门中，电子的流动以“高电压”和“低电压”来表示，信息则以“0”和“1”来表示；而在热二极管、热晶体管和热逻辑门中，信息仍然是以“0”和“1”来表示。不同的是，“0”表示低温，“1”表示高温，信息的处理因此可以通过改变温度来控制。教授们称，这时电脑里流通的不再是电子，而是声子（其实质就是热）。用热来处理信息的电脑可以从环境中撷取热，而不需要大量电流，甚至根本不需要电流。

    李保文指出，这项发明或许有一天可以用来处理，甚至应用多余的热能。换句话说，它最终或许能对解决全球暖化作出贡献；另外，如果能按照热二极管原理设计一种新的隔热材料，就可以让汽车或大厦不会吸收外在环境的热，从而降低车内或室内的空调能耗。

　　基础：构建“热逻辑门”

    李保文和他的同事证明，把热晶体管按照不同的方式组合，可以得到电脑处理信息所需的各种热逻辑门。热逻辑门是“声子计算机”的基本构成元素，它本身的关键元素则是“热晶体管”。“热晶体管”是李保文和他的研究团队的开创性发明，它由两个弱耦合的终端和一个控制终端组成，能够担负和场效应晶体管（也就是我们目前普遍使用的晶体管）控制和电流相类似的功能。这个发明为“声子计算机”的实现提供了理论基础。

    来自美国Physorg科技网站的资料显示，按照李保文和他的同事提出的模型，热是由点阵振动制造的。当两个终端的振动范围重合时，他们的交迭就会产生热流。例如，当两个振动范围交迭时，热可以很容易地在两个终端间流动，代表着“开”；当振动范围并不交迭时，仅有极少量的热或没有热通过，代表着“关”。当终端界面粒子的振动范围调和失谐时产生“负微分热阻”，制造出稳定的“开”和“关”状态，使热逻辑运行成为可能。

    虽然目前的模型只是可以简单地展示热逻辑门的可行性，但看起来付诸操作实践的困难还很大。不过李保文和他的合作者还是乐观地预言，利用纳米技术制造一个实验型设施将不会太遥远，因为另外一个对此有帮助的热设备———固态热整流器早在2006年就已经发明了。 

　　前景：可观但不容乐观

    对于这项新研究，美国《物理评论快报》评论说：李保文和他同事的理论一方面为使用“声子”传递和处理信息奠定了理论基础，另一方面也为控制热流翻开了新的篇章。新的声子学学科和工业或许将在不久后出现。

    北京大学化学与分子工程学院“百人计划”特聘研究员郭雪峰博士则对“声子计算机”的前景表示出谨慎的乐观。郭雪峰在中科院化学所获得博士学位，在哥伦比亚大学纳米中心、物理系和化学系获得博士后学位，曾获全国百篇优秀博士论文奖。

    郭雪峰说：“声子计算机是一项前瞻性的创新研究。正如分子计算机一样，就现在的研究进度和成果而言，它还停留在概念阶段，甚至离成功更远。应该说实现起来会很难，但值得学者去努力。”

    郭雪峰首先介绍了它面临的各方面困难：“声子计算机的工作原理与传统的计算机截然不同，因此需要的外界条件也不同。譬如，如何把外界信号转换为晶体中原子或分子的振动，即如何进行信号输入；如何把原子或分子的振动转换为可接收的外界信号，即如何进行信号输出。这些都需要研发相应的理论和技术。”

    “另外，在处理速度、抗衰老性、抗干扰能力、集成可能性、兼容性等方面，声子计算机还有待加强。”郭博士进一步介绍说，“这些都将成为这项技术发展的重要制约因素。”

    有对此感兴趣的爱好者曾对声子计算机的处理速度进行过估算：假设它能够实现50摄氏度的温差，最小判断单位是0.01摄氏度的话，那么它能够实现每个时间刻度0.5bit的数据量。假设它已经实现了极高速的热导判断，能够达到0.001秒为一个时间刻度，那么它每秒种也只能传播500bit的数据。这无疑是极其缓慢的。

    “但是，它一旦研究成功，成果将相当可观。尤其是在能源利用方面。”郭雪峰说，“虽然面临的困难很多，但是，我认为这些研究会持续发展，并越来越受人关注。很多我们现今习以为常的发明，在当初都经历过坎坷的研究道路。”(马晨)