浙江
在追求更快、更高效計算技術的道路上，全球科學家正試圖讓計算機用“光”而非“電”來處理信息。近日，澳大利亞莫納什大學的研究團隊在這一領域取得了里程碑式的進展。他們成功研發出一種新型納米級微型芯片，首次在單一設備中實現了光信號的生成、控制與讀取，攻克了長期阻礙該領域發展的關鍵技術瓶頸。
這項突破的核心源于一個名為“谷電子學”的前沿領域，其宗旨是利用先進材料內部的量子特性（即“谷自由度”）來進行信息的存儲與編碼。盡管科學界長期將該技術視為實現超高速計算、低能耗和強通信系統的潛在途徑，但如何將所有關鍵功能集成到一個緊湊的平臺中，一直是無法攻克的難題。
由李馳（Chi Li）博士、邢凱健（Kaijian Xing）博士以及任浩然（Haoran Ren）博士等多位學者組成的研究團隊解決了這一挑戰。他們研發的這種納米級電路，不僅能在同一芯片上產生特定的光信號并精確控制其傳輸方向，還能將其順利轉換為電信號。
據研究人員介紹，該芯片的制造工藝極具創新性。它將僅有幾個原子厚度的超薄材料與被稱為“超表面”的工程納米結構相結合，這種結構能夠在小于人類頭發絲直徑的微觀尺度上操控光線。為了不破壞超薄材料脆弱的結構，團隊采用了新穎的層壓堆疊方法，避開了在光子結構上直接生長材料的技術難題，從而成功打造出這一完整的芯片級系統。
與依賴電子在電路中移動的傳統計算機芯片相比，光子系統利用光來傳輸數據，具有發熱量更低、速度更快的天然優勢。未來，這種光子技術有望顯著提高數據中心、人工智能系統和通信網絡的處理速度，同時大幅降低能耗。
更令業界振奮的是，該系統完全可以在室溫下運行。許多實驗性量子技術往往需要依賴復雜且昂貴的制冷設備在極寒環境下工作，而莫納什大學的這項成果徹底擺脫了這一限制，且展現出了極高的微型化水平，這讓該技術走出實驗室、邁向商業化設備成為了可能。
為了證實該芯片的實際工作能力，研究人員在實驗中利用其同時編碼并處理了兩幅獨立的圖像，成功展示了系統并行管理多個信息流的強大實力。
莫納什大學物理與天文學院及納米光子學實驗室主任斯特凡·A·邁爾（Stefan A. Maier）教授表示，這項工作將光與量子材料在芯片上完美結合，開辟了信息編碼和處理的新途徑，是推動谷電子學走向實際應用的重要一步。研究團隊指出，該項成果在量子計算、先進成像技術以及下一代光學通信系統等領域均擁有巨大的應用潛力。
相關研究成果已于2026年5月25日發表在國際頂尖學術期刊《自然·光子學》（Nature Photonics）上。
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