来源：米兰理工大学（Polytechnic University of Milan），Gaby Clark编辑，Robert Egan审阅；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 丁梦娜 编译

    未来计算机的运算速度或将真正达到光速级别。近期发表于《自然・光子学》（Nature Photonics）期刊的一项研究证实，超短光脉冲可实现超快逻辑运算，该研究为新一代信息处理技术的研发迈出关键一步，其潜在速度比现有技术快数百倍。

    当前计算机依赖晶体管内部电荷的移动来实现运行；但其最高工作频率受到物理极限制约，难以进一步突破。与基于电荷移动的传统电子学不同，这一创新方法是通过使用振荡光场来操控物质中电子的状态。

    正如米兰理工大学Giulio Cerullo所言：“我们已证实，光不仅可用于信息传输，还能实现信息处理。利用超短激光脉冲，我们能在飞秒级（十亿分之一秒的百万分之一）时间尺度上操控物质的量子态，其频率与光场振荡频率相当，这是电子学领域前所未有的速度。”该逻辑运算速率超过10THz，比当前最先进的电子器件快百倍以上。

    为实现这一目标，研究团队采用了新型二维半导体二硫化钨（WS₂），其厚度仅为 3个原子层。得益于这种纳米薄膜特有的量子效应，电子可占据两种不同的量子态，即“能谷”。这些能谷可作为全新的信息单位，功能类似传统计算机中的0和1，但操控速度要快得多。

    研究人员通过精确序列的飞秒级激光脉冲，实现了信息的选择性开启、关闭与扩展，完成了与电子电路中一致的逻辑运算，且速度大幅提升。所有实验均在室温下完成，所使用的光脉冲也是实验室中常规可得的。该研究还实现了对这类量子信息在材料中相干稳定时间的测量，这是未来技术应用的关键指标。

    意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所（IFN-CNR）的Camargo表示：“展望未来，这一原理性验证揭示了我们需攻克的一系列全新科学与技术挑战，以制备基于该原理的高性能器件：从构建更复杂的光脉冲序列，到提升实用化器件中的比特数。”

    克服这些障碍将为新一代超快逻辑器件铺平道路，将这一原理性验证成果转化为面向未来计算机的实用技术。

    该研究由米兰理工大学物理系研究团队主导，联合意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所（IFN-CNR）及多家国际研究中心共同完成。项目负责人为米兰理工大学物理系Giulio Cerullo教授，其团队成员包括Stefano Dal Conte 教授、Margherita Maiur教授，以及论文第一作者Francesco Gucci研究员和Mattia Russo研究员。意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所的Franco Camargo研究员也参与了此项研究。

    发表详情

    Francesco Gucci et al, Encoding and manipulating ultrafast coherent valleytronic information with lightwaves, Nature Photonics (2026). DOI: 10.1038/s41566-025-01823-w

    期刊信息: Nature Photonics