| 以矽為主體的半導體工業，已主導整個產業發展達半世紀之久，但因矽的材料特性有許多缺點與限制，科學家一直想要找到更新的材料或技術取代它，因此陸續出現了光子電腦（Photonic computer）、量子電腦（Quantum computer）、奈米碳管（Carbon Nano Tube，CNT）、石墨烯（Graphene）等全新的技術與材料，希望能夠一次徹底翻轉半導體工業，但是這些新材料或技術常常被媒體報導炒熱之後，卻又默默無寂而終，到底這些新科技的發展瓶頸在那裡？為什麼這種跳躍式的科技創新這麼難呢？
積體電路的基本元件：MOS
MOS 是目前半導體產業最常使用的一種電晶體，科學家將它製作在矽晶圓上，是數位訊號的最小單位，我們可以想像一個 MOS 代表一個 0 或一個 1，就是電腦裡的一個「位元（bit）」， 當 MOS 不導通代表這個元件處於「關（OFF）」的狀態，我們可以想像成這個位元是 0；當導通代表這個元件處於「開（ON）」的狀態，我們可以想像成這個位元是 1。電腦是以 0 與 1 兩種數位訊號來運算；我們可以想像在矽晶片上有數十億個 MOS，就代表數十億個 0 與 1，再用金屬導線將這數十億個 MOS連結起來，電子訊號在這數十億個 0 與 1 之間流通就可以交互運算，最後得到我們所需要的加、減、乘、除運算結果，這就是電腦的基本工作原理，對 MOS 的工作原理有興趣可以參考這裡。
MOS 是控制電子來進行開關，關（OFF）代表 0，開（ON）代表 1，但是卻有許多限制，由於電子在金屬導線裡前進會有電阻因此速度仍然不夠快，而且電阻會產生熱造成元件溫度上升，還有其他許多材料特性的限制，讓科學家一直想要找到新的材料或技術來取代它。
光子電腦
目前被提到的取代方法之一，是以光子（Photon）來取代電子（Electron），則暗（OFF）代表 0，亮（ON）代表 1，稱為「光子電腦（Photonic computer）」。這個原理一點也不困難，因此早在 30 年前就有科學家提出「光腦（Optical computer）」的概念，為什麼這麼多年過去了，要使用光腦來取代電腦卻如此困難呢？
註：光子（Photon）其實就是光（Light），愛因斯坦研究光電效應發現光其實應該和電子一樣是一顆顆的稱為「光子（Photon）」，他也因此項發現獲得了 1921 年的諾貝爾物理獎。光就是光，科學家說它是光子，聽起來是不是立刻就「高檔」了起來？甚至有人可能還在想這是什麼創新的技術，其實我們每天眼睛一張開就有一堆「光子」射進你的眼睛啦！
光子不易控制
將電子元件縮小堆積起來稱為「積體電路（Integrated Circuit，IC）」，而將光學元件縮小堆積起來稱為「積體光學（Optic Electric Integrated Circuit，OEIC）」電腦螢幕連接線
電腦主機連接線，在積體光學元件上可以導光的通道稱為「光波導（Optical waveguide）」。要發現一個材料或技術能夠表現出開（ON）與關（OFF）兩種狀態並不困難，但是積體電路最麻煩的並不只是如何製作 MOS，而是如何將製作好的 MOS 用金屬導線連接起來形成數位邏輯電路，這是積體電路設計主要的工作，我們稱為「邏輯設計（Logical design）」與「實體設計（Physical design) ）」，包括積體電路「布局（Place）」與「繞線（Routing）」。
光的速度比電快很多，但是要控制光卻也比控制電困難許多，在積體電路（IC）內或印刷電路板（PCB）上的金屬導線，不論線路如何複雜，電子都會乖乖的沿著金屬導線前進，簡單的說，電子可以 90 度直角轉彎，如圖一（a）所示，因此電子元件可以縮小；但是光的特性是沿著直線前進，如果我們在光學元件上製作一條 90 度的光波導（可以導光的通道），如圖一（b）所示，則光會直接衝出去而不會乖乖轉彎；一般而言，光轉彎的角度必須小於 5 度，如圖一（c）所示，因此光學元件不易縮小。
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