很多朋友可能没注意到一个事，就是手里的手机、家里的电脑、单位的服务器，看着越来越先进，越来越轻薄，但它们底层干活的“员工”七十多年来一直没换过。这个员工，就是电子。从1947年晶体管发明开始，人类就把电子关进越来越小的芯片里，让它没日没夜地跑腿、送信、开关门。可是现在，电子快跑不动了…因为芯片越做越小，晶体管越塞越多，苹果最新的手机芯片里塞了将近200亿个晶体管，相当于把200亿个快递员关进指甲盖大小的仓库里干活。结果就是发热、耗电、互相堵路，效率上不去。摩尔定律这个被半导体行业奉为圭臬的节奏，已经明显放缓。台积电、三星把制程干到2纳米、3纳米，再往下走，电子的物理极限就像一堵墙立在那，谁撞谁头疼。于是，人类开始琢磨一件事：能不能换个跑得更快的员工？而这个员工，便是光子。这就是今天要跟大家聊的“光子时代”。
要理解什么是光子时代，得先明白电子和光子的区别。电子是有质量的，带负电荷，跑起来有惯性，还会跟晶格、杂质、其他电子发生碰撞。它就像早高峰地铁里挤着的打工人，人挤人、人贴人，走一步停三步，浑身冒汗。芯片发热，本质就是几亿个电子在地铁里摩擦生热。光子不一样，光子没有静止质量，不带电荷，跑起来就是宇宙极限速度，每秒30万公里，而且天生喜欢走直线，不爱跟别人发生关系。在光纤里，光子可以以极低的损耗跑几十公里甚至几百公里。一根头发丝那么细的光纤，理论上能同时传输几十亿路电话，或者几百万部高清电影。光子的频率比电子高几个数量级，意味着它能携带的信息量是电子的几千倍、几万倍。如果把电子比作绿皮火车，光子就是超音速飞机；如果电子时代是省道国道，光子时代就是高铁加航空。
说白了，光子时代，就是人类从“用电驱动文明”升级到“用光驱动文明”。信息传输用光子，计算用光子，制造用光子，能源也可能用光子。这不是科幻，而是它已经在很多角落悄悄发生了。就说已经发生的事，因为很多人可能没意识到，自己其实已经半只脚踩进光子时代了。你家里装的宽带，只要不是特别老的小区，基本都是光纤到户。你在视频网站看4K视频，在游戏里和人对战，数据都是通过光脉冲在光纤里跑的。这就是最典型的光子通信。你戴的蓝牙耳机、用的激光笔、去医院做的激光手术、工厂里切钢板的激光切割机、马路上扫障碍物的车载激光雷达、屋顶上的光伏板、房间里的LED灯泡，甚至芯片制造用的光刻机，全部都是光子技术。可以这么说，在通信和制造领域，光子时代早就来了，只是大家没把它当成一个“时代”而已。
但是，如果光子时代只是光纤宽带和激光切割，那它还不配叫一个时代。真正的光子时代，核心战场在计算。换句话说，电子时代最顽固的堡垒——芯片，能不能被光子攻下来。这就是难点所在，也是全世界科学家和工程师正在死磕的地方。要知道，光子有个要命的缺点：它太快，太“独”，不肯停下来。电子可以乖乖待在晶体管里，被电压控制，形成一个开关。光子几乎不跟物质发生作用，让它拐弯、停下、存储，非常困难。电子芯片里的晶体管，就是微小的开关，电流通不通意味着0和1。光子芯片里的“光晶体管”，目前还没有完美方案。光计算需要把光限制在纳米级别的波导里，需要材料、工艺、封装全面升级，难度不亚于重新发明一遍半导体。所以，全面光子时代还很远。更准确地说，人类现在处于电子和光子混合的时代，电子负责部分计算和控制，光子负责传输和部分计算，未来可能光子主内，电子辅助。
那光子时代距离我们到底还有多远呢？如果按领域拆开看，情况不一样。光通信已经是现在进行时，我国很多城市的骨干网、数据中心的光模块已经干到800G甚至1.6T，光子在这里已经当上主角。激光制造和激光雷达正在大规模普及，我国车载激光雷达价格从几年前几万美元一台，被各个企业卷到了几百美元一台，直接卷成了白菜价。这是光子技术在制造和感知领域的成熟标志。光计算和光互连，目前还在从实验室往数据中心爬，国内外都有原型芯片，预计五到十年会开始规模应用。光量子计算更远一些，我国有“九章”这样的光量子计算原型机，能解决特定问题，但通用光量子计算机还需要十年二十年。至于激光可控核聚变，也就是用高能激光点燃微型氢弹，实现终极能源，那可能是二十年三十年之后的事。所以，如果非要给光子时代一个时间表，大概可以说，光子通信已经到你家门口，光计算正在路上，全面光子时代大概率在2050年前后。
不过呢，时间表归时间表，关键是谁在干这件事，谁干得怎么样。这里必须重点讲一讲，因为在电子时代，咱们是追赶者，吃够了“缺芯少魂”的苦头；在光子时代，我国很早就开始布局，而且有不少领域已经跑到世界第一梯队，甚至领跑。先讲一个很多人熟悉又陌生的地方：武汉光谷。武汉东湖高新区，别称“中国光谷”，是我国光电子产业的发源地。这里诞生了我国第一根实用化光纤、第一套光通信系统。长飞现在是全球最大的光纤预制棒、光纤和光缆供应商。烽火通信、光迅科技在光通信设备和光模块上全球知名。华为虽然总部在深圳，但它的光通信技术根子很深，光传输设备全球市场份额常年第一。我国在光纤光缆、光模块、光通信设备上，已经形成了全球最完整的产业链。光模块这个领域很有意思，全球前十里面中国企业占了一大半，中际旭创、新易盛、光迅科技、华工正源，都是能打的。数据中心里那些高速光模块，很多都是中国企业设计制造，卖到亚马逊、谷歌、微软的机房。可以说，在光子通信这条赛道上，我国已经具备全产业链能力，从材料到芯片到模块到系统，基本都能自己干。
再说激光，激光是光子作为能量的典型象征。我国激光产业这些年非常生猛，武汉锐科激光做光纤激光器，把进口激光器价格打下来一大截；大族激光、华工科技做激光加工设备，全球很多工厂都在用；柏楚电子做激光切割控制系统，市场占有率很高。此外，现在全球车载激光雷达市场，中国公司份额超过七成。这背后是光子技术的成熟和产业链的卷，有人开玩笑说，中国公司擅长把任何高科技做成制造业，光子也不例外。这话虽然直白，但确实是竞争力。
更硬核的是量子通信和量子计算。2016年的时候，我国发射了全球第一颗量子科学实验卫星“墨子号”。当时很多外国媒体觉得中国在搞噱头，结果“墨子号”实现了星地之间的量子密钥分发、量子纠缠分发，证明光子可以在太空和地面之间传递量子信息。后来我国又发射了“济南一号”等量子卫星，建设了京沪干线量子通信网络。合肥成了全球量子科技的高地，中科大潘建伟团队的光量子计算原型机“九章”，用光子做量子比特，在特定计算任务上比超级计算机快亿亿倍。虽然九章还不能通用，但它证明了光子计算的一条可行路径。现在我国在量子通信和光量子计算领域，确实是全球第一梯队，甚至部分领先。
还有光子芯片和光计算。我国在这个领域起步比美国晚，但追赶速度很快。清华大学、上海交通大学、中科院半导体所、西安光机所等机构都在做硅光芯片、光子集成芯片。2024年，清华团队发布了一款名为“太极”的光计算芯片，用光子做人工智能推理，能效比传统芯片高几个数量级。虽然离大规模商用还有距离，但方向已经非常明确。产业界也冒出一批公司，比如曦智科技、光本位、光子算数，都在做光电混合计算芯片。国家层面，“十四五”规划的时候就把光子技术列为前沿科技，科技部有“信息光子技术”重点专项，湖北、陕西、广东、江苏等省份都有光子产业规划。陕西搞了个“追光计划”，广东在推进“强芯工程”里包含光芯片。可以说，从上到下，都已经把光子当成未来产业在押注。
只是，我们也要保持清醒。光子时代有希望，不表示我国已经赢了。恰恰相反，还有不少硬骨头要啃。最典型的是高端光芯片和光刻机。光模块里的高速激光器芯片、DSP芯片，很多还要从美国、日本进口。光刻机更不用说，ASML的EUV光刻机本身就是光子技术的巅峰——用高功率激光轰击锡滴，产生极紫外光，再通过反射镜把光刻到硅片上。我国目前还没有完全使用自主技术的EUV光刻机，上海微电子、长春光机所、华为等机构都在攻关光源、物镜、掩膜台等关键技术。此外，光计算的材料体系、设计软件、封装测试，我国也还有差距。所以，光子时代是一场马拉松，不是百米冲刺。我国已经跑到了前面，但还没到可以开香槟的时候。
还有一个问题，可能是很多朋友所关心的，那就是光子时代来了，咱们普通人的生活会有什么变化？变化当然会很大。你的手机可能不再发烫，因为光子芯片能效极高，同样的算力，功耗只有电子芯片的百分之一甚至千分之一。你的手机续航可能从一天变成一周。人工智能将真正普及，因为光计算可以大幅降低AI推理的成本和能耗，大模型可能不再需要巨大的数据中心，而可以在终端上跑。自动驾驶会更快到来，因为激光雷达便宜了，光通信低延迟。看病会有更先进的光学成像和激光手术。能源方面，如果激光可控核聚变实现，电费可能便宜到忽略不计，人类文明直接从“烧开水”跳到“造小太阳”。当然，这些有的近，有的远，但方向是一致的。
最后，我想说一点自己的判断。人类文明的升级，本质上是能量和信息载体的升级。从烧木头到烧煤到烧油到用电，从烽火台到电报到电话到互联网，每一次载体的变化，都会带来文明级别的跃迁。电子时代让人类走进信息社会，光子时代可能会让人类走进智能社会，甚至更远。我国在电子时代是后发者，被卡了很多年脖子。但在光子时代，我国第一次有机会在起跑线上就站在前列。因为我们有全球最大的光通信市场、最完整的制造业、最庞大的工程师队伍，还有集中力量办大事的体制优势。从武汉光谷到合肥量子，从西安光机所到上海张江，我国正在悄悄织一张光子的大网。等这张网织成，光就会成为新的电，光子芯片就会成为新的芯片，我国也会在新一轮科技革命里拿到属于自己的话语权。
所以，别问光子时代什么时候来，它已经来了，正从门缝里漏出光来。剩下的，就看谁先把门推开。而这一次，我国推门的力气，比以往任何时候都大。
