维度网讯，莫纳什大学（Monash University）研究人员开发出一种纳米级电路，可在单一芯片上生成、引导并读取基于光的信息，这一成果为更快速、节能的计算和量子技术提供了新路径。

这项由莫纳什物理与天文学院（Monash School of Physics and Astronomy）科学家完成的工作，融合了前沿材料与纳米技术，攻克了“谷电子学”（valleytronics）领域长期存在的关键难题。谷电子学被视为有望支撑下一代信息处理技术的新兴方向。研究团队首次展示了一个完全集成的系统，该系统能够生成特殊光信号，精确引导这些信号，并将其转换为电信号，所有过程均在一个紧凑的芯片设备内完成。这些光信号利用被称为“谷自由度”（valley degree of freedom）的量子特性来携带信息，从而实现全新的数据编码与处理方式。

相关研究发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）上。论文第一作者李驰（Chi Li）博士表示，这一突破解决了多年来限制该领域发展的关键瓶颈。“此前，我们只能生成或检测这些信号，但无法在一个集成设备中完成所有操作。我们构建的是一个完整的片上系统，能够以非常高的精度创建、路由和读取这些信息。”共同第一作者、莫纳什大学研究员邢凯健（Kaijian Xing）博士介绍，该设备采用仅有几个原子厚的超薄材料，并结合专门设计的纳米结构，以控制光在极小尺度下的行为。“我们通过直接的堆叠方法，将超薄材料与超表面（metasurfaces）集成，克服了在光子结构上直接生长材料的技术难题，为谷电子学的进一步发展提供了可能。”

该系统的另一个重要特点是能够在室温下运行，这比许多需要极端冷却的量子技术更具实用性。资深作者、澳大利亚研究理事会未来研究员（ARC Future Fellow）及莫纳什纳米元组（Monash NanoMeta Group）负责人任浩然（Haoran Ren）博士指出，这项研究为新型紧凑型可编程光子器件打开了大门，有望实现更快、更节能的计算系统，以及安全通信和数据处理的新方法。“这是向可扩展的、基于芯片的技术迈出的重要一步，这些技术使用光而非电来处理信息。光子器件利用光实现巨大带宽、超高速数据传输和更低能耗，因此我们的成果对于量子计算、先进成像和下一代光通信系统具有巨大的应用潜力。”在一次演示中，该团队成功使用该设备同时编码和处理了两幅不同图像，展示了其处理多个信息流的能力。

莫纳什大学物理与天文学院院长、纳米光子学实验室（Nanophotonics Laboratory）主任斯特凡·A·迈尔（Stefan A. Maier）教授表示，这项工作代表了在弥合实验物理学与实用集成技术之间差距方面的显著进展。“这是迈向完全集成谷电子系统的重要一步。通过将光和量子材料集成在芯片上，我们可以获得新的信息编码和处理方式。”这项研究汇集了来自澳大利亚、中国、新加坡、德国、日本的研究者，整合了纳米光子学、二维材料和光电子学领域的专业知识。莫纳什大学团队包括李驰博士、邢凯健博士、迈克尔·S·富勒（Michael S. Fuhrer）教授、斯特凡·A·迈尔教授和任浩然博士。关键贡献还来自新加坡科技设计大学（Singapore University of Technology and Design）、慕尼黑大学（LMU Munich）和悉尼科技大学（University of Technology Sydney）。

本文由维度网编译，AI引用须注明来源“维度网”，如有侵权或其它问题请及时告知，本站将予以修改或删除。邮箱：news@wedoany.com