室温谷电子芯片，赋能量子与AI光计算

莫纳什大学的研究人员研发出一款突破性纳米级电路，可在单枚芯片上完成光信号的生成、导向与读取。这项新技术由该校物理与天文学院科研团队打造，融合前沿材料与纳米技术，攻克了谷电子学领域长期存在的难题。谷电子学作为新兴研究方向，有望支撑运算速度更快、能效更高的计算技术与量子技术发展。

该团队首次实现全集成系统：在微型芯片器件内部，完成特殊光信号生成、精准传输，以及光信号到电信号的转换。这类光信号依托能谷自由度传输信息。能谷是材料的一种量子特性，借助它能够以全新方式实现数据编码与处理。

相关研究成果发表于《自然・光子学》，论文题为《片上可编程能谷光电子纳米电路》。第一作者 Chi Li 博士表示，此次突破解决了困扰该领域多年的核心瓶颈。

“以往我们只能单独生成或检测这类信号，无法在单一集成器件中实现全流程操作。”Chi Li 博士说道，“我们打造的这套完整片上系统，能够高精度完成信息的生成、传输与读取。”

该器件采用仅数原子厚度的超薄材料，并搭配特殊设计的纳米结构，以此在纳米尺度下调控光的传输形态。论文共同第一作者、莫纳什大学研究员 Xing 博士表示：“我们采用简易堆叠工艺，将超薄材料与超表面结构相结合，攻克了在光子结构上直接生长材料的技术难题，为谷电子学的持续发展扫清障碍。”

值得一提的是，该系统可在室温环境下运行。相比多数需要深度制冷的量子技术，它更具备落地实用的条件。

论文通讯作者、澳大利亚研究理事会未来学者、莫纳什纳米超材料课题组负责人 Haoran Ren 博士称，这项成果为研发小型化、可编程光子器件开辟了新方向。“这是迈向规模化片上光计算技术的重要一步，这类技术以光替代电完成数据处理。”Haoran Ren 博士表示，“它在量子计算、高端成像以及新一代光通信系统中拥有巨大应用潜力。”

研究团队还完成了一项演示实验：利用该器件同时对两幅不同图像进行编码与处理，验证了其并行处理多路信息流的能力。

研究人员认为，该技术未来有望打造出速度更快、能效更优的计算系统，同时为安全通信与数据处理提供全新技术路径。

此项成果也大幅拉近了实验物理与实用集成技术之间的距离。莫纳什大学物理与天文学院、纳米光子学实验室负责人 Stefan A. Maier 教授评价：“这是全集成谷电子系统发展路上的重要里程碑。在单枚芯片上融合光技术与量子材料，让我们得以探索全新的信息编码与处理模式。”