在追求更快、更高效计算技术的道路上，全球科学家正试图让计算机用“光”而非“电”来处理信息。近日，澳大利亚莫纳什大学的研究团队在这一领域取得了里程碑式的进展。他们成功研发出一种新型纳米级微型芯片，首次在单一设备中实现了光信号的生成、控制与读取，攻克了长期阻碍该领域发展的关键技术瓶颈。
这项突破的核心源于一个名为“谷电子学”的前沿领域，其宗旨是利用先进材料内部的量子特性（即“谷自由度”）来进行信息的存储与编码。尽管科学界长期将该技术视为实现超高速计算、低能耗和强通信系统的潜在途径，但如何将所有关键功能集成到一个紧凑的平台中，一直是无法攻克的难题。
由李驰（Chi Li）博士、邢凯健（Kaijian Xing）博士以及任浩然（Haoran Ren）博士等多位学者组成的研究团队解决了这一挑战。他们研发的这种纳米级电路，不仅能在同一芯片上产生特定的光信号并精确控制其传输方向，还能将其顺利转换为电信号。
据研究人员介绍，该芯片的制造工艺极具创新性。它将仅有几个原子厚度的超薄材料与被称为“超表面”的工程纳米结构相结合，这种结构能够在小于人类头发丝直径的微观尺度上操控光线。为了不破坏超薄材料脆弱的结构，团队采用了新颖的层压堆叠方法，避开了在光子结构上直接生长材料的技术难题，从而成功打造出这一完整的芯片级系统。
与依赖电子在电路中移动的传统计算机芯片相比，光子系统利用光来传输数据，具有发热量更低、速度更快的天然优势。未来，这种光子技术有望显著提高数据中心、人工智能系统和通信网络的处理速度，同时大幅降低能耗。
更令业界振奋的是，该系统完全可以在室温下运行。许多实验性量子技术往往需要依赖复杂且昂贵的制冷设备在极寒环境下工作，而莫纳什大学的这项成果彻底摆脱了这一限制，且展现出了极高的微型化水平，这让该技术走出实验室、迈向商业化设备成为了可能。
为了证实该芯片的实际工作能力，研究人员在实验中利用其同时编码并处理了两幅独立的图像，成功展示了系统并行管理多个信息流的强大实力。
莫纳什大学物理与天文学院及纳米光子学实验室主任斯特凡·A·迈尔（Stefan A. Maier）教授表示，这项工作将光与量子材料在芯片上完美结合，开辟了信息编码和处理的新途径，是推动谷电子学走向实际应用的重要一步。研究团队指出，该项成果在量子计算、先进成像技术以及下一代光学通信系统等领域均拥有巨大的应用潜力。
相关研究成果已于2026年5月25日发表在国际顶尖学术期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）上。
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