第五十章 极深的紫（1/2）

光既是波也是粒子，这是现代物理学的基础，像我们熟知的那样，一般的宏观现象中我们观测到的波，都需要借助介质才能存在，比如说水波利用水传播，声波利用空气来传播，很直观的，没有空气作为介质的地方，比如说月球，是听不到声音的。

十九世纪，人们通过对衍射和干涉现象的研究，确立了光的波动学说理论，那个年代光波是王道，光子，这是神马东西，但是既然是波，那就需要有介质传播啊，于是物理学家假想了一种无所不在的物质，那就是传说中的以太了。

以太在物理学中，是一种非常神奇的物质，它无所不在，又无法被人所感知，它的密度很小，要不然会影响天体的运行，但是硬度又很大，因为光波可以通过以太传播。

这种神奇的东西，显然是不可能在现实中存在的。1887年，迈尔逊和莫雷设计了一个干涉实验，假设以太存在，地球以30千米/秒的速度围绕太阳运行，将有同样速度的以太风吹过。结果理所当然的，没有检测到以太风的存在。

有趣的是，就在同一年，赫兹发现了光电效应，金属在光辐照作用下会发射电子，但是发射电子的能量完全和光的波长有关，和光的强度无关，这就有意思了，按道理如果光是波的话，那么波动的能量应该是持续的啊，按道理应该是吸收到一定能量的光辐射之后，金属释放出一个电子。

唯一的解释只能是，光是一种粒子，爱因斯坦.哪都有你命名了光量子并因此获得了诺贝尔奖（不是因为相对论哦）。后来，科学家甚至能够精确控制激光的光源，每次只发射一个光子，这就坐实了光是一种粒子的学说。

但是，这种粒子好生奇怪，即使是一个粒子，它也拼命的想表现出波的样子。科学家让一个个光子通过一条缝，然后在后面装上胶片，记录光子击中胶片的位置，按道理，这就该是一条线对吧，结果不，科学家发现一个个光子击中胶片的位置，最后整体上会形成条纹状的衍射图案。

科学家想，一个光子总不可能同时通过两条缝吧，于是他们在那条缝的边上又加上一条缝，同样让光子一个个的通过这两条缝，按道理一个光子总不能既走左边又走右边吧，但是，我的上帝啊，科学家在胶片上看到的，是典型的波才会出现的双缝干涉图案。

于是，爱因斯坦出马了，他说，既然这样，让我们来做一个思想实验吧，假设光子飞行的距离足够长，我们又能很快的打开或者关闭这两条缝，当我们发射一个光子，然后确认它已经飞行过了这两条缝之一，但是还没到达胶片的时候，我们关闭或者打开这条缝，按道理，光子没可能知道在它身后是双缝还是单缝对吧，因为光速已经是世界上最快的速度了。

爱因斯坦得出结论，量子力学一定有问题，不然按照这个思想实验，就算你在光子飞过之后，把双缝变成单缝，形成的肯定还是双缝干涉图案，但是量子力学说，no，飞过之后你把双缝改成单缝，形成的就是单缝衍射图案，这怎么可能嘛。

这就是著名的epr悖论，爱因斯坦.波多尔斯基.罗森三人联合发表的论文，当然，这是非常通俗的说法了，后来，贝尔通过概率不等式方法，把这个思想实验变得可以实际进行了，再后来，1981年的时候，阿斯佩克等人，成功的把这个思想实验居然做出来了，做出来了！

实验结果一定会让爱因斯坦失望了，光子真的知道在它身后发生了什么，你在我后面关掉一条缝，我就表现为衍射，你在我后面打开一条缝我就表现为干涉。。。

所有的物理学家都面临一个艰难的抉择，要么，a 承认光速不是最快的速度，超光速是存在的，要么，b 承认在某些量子层面上，我们所面临的世界是不能被理解的。当然，几乎所有的物理学家都选择了b，好吧，我们不能理解，但是我们可以计算，我们还有概率。

再后来，物理学家让一对光子分开，光子的总自旋为零，意味着一个是左旋，另外一个一定是右旋。其中一个飞往卫星，另外一个留在地球上，当我们测量其中一个光子的自旋的时候，如果其中一个是左旋，那么另外一个不管相隔多远，卫星上也好，甚至宇宙的另一边也好，肯定就是右旋了。

这就是所谓的量子纠缠，但是注意，量子纠缠是不能直接用来传递信息的，因为人们只能测量其中一个光子的自旋，而不能控制它，在测量之前，你是不知道它到底是左旋还是右旋的，所以这里面还是没有超光速的信息传递这种东西存在。

这种量子层面的纠缠，比较明确的用途是用来安全的分发密钥，我测量到左右左右左左右右，用二进制表示就是 010111 ，那么另外一边就一定是 101011 l 了，这个过程是完全无法窃听的，没有什么窃听手段能够不影响量子纠缠的结果。。。

巴拉巴拉说了这么多，其实就是为了一句话，”光既是波也是粒子，光的波长越短，光子的能量越高“。

回到王一男面临的问题上，要制造芯片，最简单的方案是把芯片印出来，可以理解为用光作为油墨，用硅作为白纸，这就是所谓的光刻机了。衡量光刻机性能的指标，是它所能刻录的硅线条的最小宽度，而这个最小宽度又是由光刻机所使用的光的波长决定的，显然，使用的光波长越短，能刻录的线宽就越窄。

人眼所能看到的光，按照波长从长到短，是红橙黄绿蓝靛紫，波长最长的是红光，最短的是紫光，更小的线宽意味着更低的能耗，以及在同等面积下，可以刻入更多的晶体管，于是尼坑和风车国的asml开始了比谁更短的竞赛，啊，不对，是比谁波长更短的竞赛。

从紫光到紫外光，再到duv（deep ultraviolet，更深的紫)，以及最新的 euv（extreme ultraviolet，极深的紫），尼坑慢慢的掉队，现在只剩下asml一家独大了。

一台超过四亿美刀的euv光刻机，是整个华国都垂涎三尺的宝贝，如果有可能，王一男真想去弄一台回来，不过那玩意目标太大，也太烧钱，而且耗电量惊人，一台设备需要的用电量就相当于一个百万人口的小城市了。

回到帝都之后，王一男先找了孙伟他们确定电路设计的进度，电路设计分成两个部分，第一部分是逻辑设计，也就是使用vhdl（very high speed integrated circuithardare description language 超高速集成电路硬件描述语言），将基本的逻辑功能描述出来，这种设计是跟具体的工艺和芯片无关的。

这部分工作进行的很顺利，孙伟他们在哥德尔系统的帮助下，已经三易其稿，也经过模拟测试没有什么问题了。

第二部分实际的刻录模板设计就比较麻烦，因为涉及到 pdk（processor design kit芯片设计工具包），这是具体晶圆厂自己使用的开发工具包，跟使用的工艺包括芯片的具体适用范围密切相关。目前孙伟他们只能搞到中芯的pdk，也就是 0.5微米的工艺。