在现代科技领域，精确控制光是众多技术的基础，从光纤通信到量子传感器，光子操控支撑着大部分数字基础设施。然而，利用单个光子来切换或调制强大光束，用光本身控制光，一直是难以企及的目标。普渡大学研究人员成功展示了可在单光子强度下运行的“光子晶体管”，其非线性折射率比已知最佳材料高出几个数量级，为光子计算实用化带来希望。

“我们展示了一种实现单光子强度下光子晶体管的方法，”普渡大学电气与计算机工程系教授弗拉基米尔·沙拉耶夫说，“这是一个长期存在的问题，我们找到了一种可能的解决方案。”传统非线性光学效应需巨大功率水平，而普渡大学团队从商用单光子探测器中的雪崩倍增过程获得灵感，将微观量子世界与宏观效应联系起来，产生巨大非线性效应，使单光子光束可控制宏观光束。该装置类似光开关，控制光束中的单个光子能调制探测光束特性。

与已探索的单光子非线性替代方法相比，普渡大学团队的方法优势明显。它可在室温下运行，与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容，能集成到现有半导体制造工艺中，且运行速度达千兆赫兹，有望扩展到数百千兆赫兹。这项研究不仅在量子计算领域有应用，在经典计算领域也可能带来变革，影响计算机、数据中心、光通信和数据传输系统等。

从构思到发表，团队历经四年多，尝试多种方法，反复迭代实验。目前，团队正致力于优化技术，探索不同器件几何形状和材料。他们认为，这一突破创造了物理学和工程学新“游乐场”，是实现光基技术全部潜力的关键一步。

更多信息： Demid V. Sychev 等人，《利用电子雪崩实现单光子全光调制》，《自然纳米技术》(2025)。期刊信息： 《自然纳米技术》