莫纳什大学的科学家们创建了一种微型新电路，能够在单一芯片内生成、引导和读取光携带的信息。这一进展标志着一个不断增长的研究领域的重要里程碑，该领域被称为“谷电子学”，有可能推动未来在更快计算、更低能耗和量子技术方面的突破。由莫纳什大学物理与天文学学院的研究人员开发的新设备，将先进的纳米技术与尖端材料相结合，解决了长期限制该领域的挑战。团队首次构建了一种完全集成的芯片，能够在同一紧凑系统内生成专门的光信号，沿特定路径引导它们，并将其转换为电信号。这些信号使用一种名为“谷自由度”的量子属性存储信息。科学家们认为，这一独特特性可以提供全新的数据编码、传输和处理方式。集成谷电子芯片解决长期挑战。主要作者李驰博士，团队的研究成果发表在《自然光子学》上，他表示，这一成就解决了谷电子学研究中的一个主要障碍。“到目前为止，我们可以生成或检测这些信号，但无法在一个集成设备内完成所有操作，”李博士说。“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、引导和读取这些信息。”该设备依赖于仅由几层原子构成的超薄材料。这些材料与特殊设计的纳米结构相结合，精确控制光在极小尺度上的行为。共同第一作者、莫纳什大学的研究员邢凯建博士解释说，团队开发了一种实用的方法来组合这些组件。“我们采用简单的叠加方式将超薄材料与超材料集成，克服了在光子结构上直接生长材料的技术挑战，从而促进了谷电子学的进一步发展，”邢博士说。室温光子技术。这项技术最重要的优点之一是它在室温下运行。许多量子系统需要非常冷的环境，这使其在实际应用中更难且更昂贵。高级作者、澳大利亚研究理事会未来研究员、莫纳什大学纳米超材料组的负责人任浩然博士表示，这项工作可能为新一代可编程且高效的紧凑光子设备铺平道路。任博士表示，这项技术可以支持更快的计算系统，降低能耗，并为安全通信和先进数据处理提供新方法。“这是朝着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力来处理信息，”任博士说。“光子设备利用光实现巨大的带宽、超快的数据传输速度和更低的能耗，因此我们所取得的成就对量子计算、先进成像和下一代光通信系统的应用具有强大的潜力。”处理多个信息流。为了展示芯片的能力，研究人员成功地同时编码和处理了两幅不同的图像。实验表明，该设备可以同时管理多个信息流，这对未来的计算技术是一个重要特征。莫纳什大学物理与天文学学校和纳米光子实验室主任斯特凡·A·迈尔教授表示，这一发展帮助弥合了基础科学发现与实际应用技术之间的鸿沟。“这是朝向完全集成的谷电子系统迈出的重要一步，”迈尔教授说。“通过在芯片上结合光和量子材料，我们能够访问全新的信息编码和处理方式。”该国际项目汇集了来自澳大利亚、中国、新加坡、德国和日本的研究人员，结合了在纳米光子学、二维材料和光电子学方面的专业知识。莫纳什大学的团队包括李驰博士、邢凯建博士、迈克尔·S·弗赫尔教授、斯特凡·A·迈尔教授和任浩然博士。新加坡科技设计大学、慕尼黑大学和悉尼科技大学也做出了额外贡献。