2026年5月25日——莫纳什大学的研究人员开发出一种突破性的纳米级电路，可以在单个芯片上生成、引导和读取基于光的信息。

这项由物理与天文学院科学家开发的新技术，融合了前沿材料与纳米技术，克服了“谷电子学”领域的一个长期挑战。谷电子学是一个新兴领域，可能为更快、更节能的计算和量子技术提供支撑。

该团队首次展示了一个完全集成的系统，能够生成特殊光信号，精确引导它们的方向，并将其转换为电信号，所有这些都在一个紧凑的芯片级设备内完成。

这些光信号利用一种称为“谷自由度”的特性来携带信息。这是一种材料的量子特性，可以用于以全新的方式编码和处理数据。

这项发表在《自然·光子学》上的研究的主要作者李驰博士表示，这项突破解决了一个多年来一直制约该领域的关键瓶颈。

“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中完成所有操作，”李博士说。“我们构建的是一个完整的片上系统，能够以极高的精度创建、路由和读取这些信息。”

该设备的工作原理是使用仅几个原子厚的超薄材料，并结合专门设计的纳米结构，这些结构可以控制在极小尺度下光的行为。

共同第一作者、莫纳什大学研究员邢凯健博士说：“我们采用了一种简单的堆叠方法，将超薄材料与超表面集成在一起，克服了在光子结构上直接生长材料的技术挑战，从而推动了谷电子学的进一步发展。”

重要的是，该系统在室温下运行，因此相比许多需要极端冷却的量子技术，它在实际应用中更具实用性。

资深作者、澳大利亚研究理事会未来学者及莫纳什大学纳米Meta团队负责人任浩然博士表示，这项工作为新型紧凑型可编程光子设备打开了大门。

“这是朝着可扩展、基于芯片的技术迈出的重要一步，这些技术利用光而非电来处理信息，”任博士说。“它在量子计算、先进成像和下一代光通信系统中具有巨大潜力。”

在一项引人注目的演示中，该团队成功使用该设备同时编码和处理两幅不同的图像，展示了其同时处理多路信息的能力。

研究人员表示，这项技术最终可能实现更快、更节能的计算系统，并为安全通信和数据处理提供新方法。

这项工作代表了在实验物理与实用集成技术之间搭建桥梁的重大进展。

“这是向完全集成的谷电子系统迈出的重要一步，”莫纳什大学物理与天文学学院院长兼纳米光子学实验室负责人斯特凡·A·迈尔教授说。“通过在芯片上结合光与量子材料，我们可以获得编码和处理信息的新方式。”

这项研究汇集了来自澳大利亚、中国、新加坡、德国和日本的合作者，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、慕尼黑路德维希·马克西米利安大学以及悉尼科技大学也做出了重要贡献。