诺贝尔物理学奖|梳理近70年诺奖成果，库叔发现了一个大秘密！慎点！太烧脑了…( 二 )
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二进制数字逻辑门 。
1946年诞生于美国的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer ， 即电子数字积分计算机） ， 是世界上第一台数字计算机 。 它使用了大量的真空电子管来实现二进制数字逻辑门 ， 体积庞大到占用一百多平方米的房间 ， 重量达到28吨 。
当年这些庞大的电子管计算机经常被飞来的虫子搞短路 ， 所以当时修理计算机的工作就是到处清理这些虫子 。 现在把程序的错误称为“bug” ， 其实就来自于它的本意“虫子” ， 排除计算机故障就叫做“debug” 。
半导体是如何让笨重的数字计算机“缩小”的呢？
答案是晶体管 。 利用半导体制成的晶体管 ， 可以通过施加电压来控制其中的电流和其两端的电压 ， 即输入比特用0表示不施加电压 ， 用1表示施加电压；输出比特用0表示没有电压 ， 用1表示有电压 。
下图就是用晶体管实现各类数字逻辑门的例子 ， 输入比特（input A ， B）作为电压可以控制输出比特（output C）的值 。
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用晶体管实现的各类数字逻辑门 。
在半导体晶圆上刻制大量的晶体管逻辑门 ， 实现通用二进制数字计算功能 ， 就成了集成电路 ， 即通常所说的芯片 。 集成电路是一切电子设备的核心 ， 没有它 ， 就没有电脑和手机 ， 甚至连收音机和电视机都不会有 。
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可以说 ， 从晶体管到集成电路的历史就是一部硅谷的诞生历史 。
从肖克莱到“八叛逆” ， 从仙童到英特尔 ， 这一段历史是20世纪后半段最值得写的历史 。
编者注：1947年底 ， 肖克莱和巴丁、布拉顿一起发明了世界上第一只点接触型晶体管 ， 从而引发了一场电子工业革命 。 1955年 ， 肖克莱回到老家圣克拉拉谷（硅谷） ， 创办了肖克莱半导体实验室 。 1957年 ， 实验室里的8位年轻精英提出辞职 ， 肖克莱称他们为“叛徒” ， 时称“八叛逆” 。 这8位年轻科学家成立了仙童半导体公司 ， 之后他们又先后离开仙童 ， 开始各自创办公司 。 最出名的 ， 就是1968年由诺伊斯和摩尔共同创立的英特尔（IntegratedElectronics） 。 来源：中国数字科技馆
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从量子光学到激光通讯
将全世界连接起来
光学是物理学最古老的一个分支 ， 从古至今经历了几何光学、波动光学、量子光学三个时代 。 其中几何光学与波动光学近似 ， 属于经典物理学的一部分 ， 在麦克斯韦用他的方程组推导出电磁波后 ， 便和电磁学统一在一起 。 实际上 ， 电磁波（光）和经典力学原理存在矛盾 ， 其速度（光速）不变性最终导致了爱因斯坦发现狭义相对论 ， 还有其波粒二象性最终导致了量子力学的出现 。
与经典光学不同 ， 量子光学是完全建立在量子力学基础上的“上层建筑” 。 也就是说 ， 量子力学最终使人类认识了光的本质——光是由光量子（光子）组成的 ， 且光子之间具有量子相干性 。
光的量子本性为人类带来了意想不到的收获 ， 那就是激光 。
*激光理论最早可以追溯到1917年爱因斯坦对光电效应的进一步研究 ， 他提出了“受激吸收、受激辐射、自发辐射”三个物理过程 。 但是当时量子力学还未建立 ， 所以属于唯象理论 。
*量子力学建立以后 ， 1950年法国物理学家卡斯特勒利用量子力学预言并发现了“光泵浦”现象 ， 并获得了1966年诺贝尔物理学奖 。
*随后几年 ， 美国物理学家汤斯、苏联物理学家普罗科诺夫和巴索夫分别发现光泵浦可以导致原子能级的布居数反转 ， 并能使微波的受激辐射放大（maser） ， 他们因此获得了1964年诺贝尔物理学奖 。
*1957年 ， 汤斯和他的博士后肖洛预言微波的受激辐射放大可以推进到可见光波长 ， 即激光 。
*1960年 ， 梅曼发明了第一台光的受激辐射放大装置 ， 即激光器 。 随后激光器被大量研制出来并应用到了光学研究当中 。 肖洛后来和布洛姆伯根通过激光光谱学获得了1981年诺贝尔物理学奖 。
凭借其他光源不可比拟的单色性和准直性 ， 激光成为了人类最重要的光源之一 。 在工业上 ， 激光已经作为最锋利的切割刀来使用 。
不过 ， 让激光能成为和半导体集成电路具有相同“江湖地位”的关键 ， 是激光通信的出现 。
在激光出现之前 ， 最先进的通信方式有两种：一个是用电磁波的无线通信 ， 另一个是用电流的有线通信 。 无线通信一直应用至今 ， 包括早期的射频无线电 ， 到微波频率的模拟信号 ， 又到2G、3G、4G甚至5G数字通信 ， 这是激光通信不能取代的 。 但对于有线通信来说 ， 一根电线一次同时只能传输一个电流 ， 无论是模拟信号还是数字信号 ， 信息传输能力都远远不及激光 。
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