科技日报记者 张梦然
由意大利米兰理工大学主导，联合意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所等机构组成的团队，建造出了由光控制的超高速计算机。团队利用飞秒激光脉冲，在新型二维半导体材料中实现了超高速逻辑运算，其运算速度比现有最快的电子器件快一百倍以上，为未来计算机的性能突破开辟了新路径。该成果首次证实，光不仅能传输信息，还可直接用于处理信息。相关论文发表于最新的《自然·光子学》杂志。
现代计算机依赖晶体管内电荷的移动，其速度面临物理极限。而该研究采用了一种根本不同的方法：利用振荡的光场直接操控材料中电子的量子态。研究人员选用仅有三层原子厚度的二维半导体二硫化钨作为载体，其中的电子可占据两种不同的量子态，称为“谷”。这两种状态可对应传统二进制中的“0”和“1”，但操控潜力远高于电荷。
实验中，团队施加一系列仅持续几飞秒的精确激光脉冲，成功在室温下对这两种“谷”态进行选择性开关与信息扩展，完成了类似于电子逻辑门的基本操作，速度超过10太赫兹。整个过程均在常温下进行，且所用的光脉冲技术已在实验室中常规化，凸显了其技术可行性。
研究还成功测量了此类量子信息在材料中能够保持稳定的时间，这是评估其能否用于实际器件的重要参数。
该技术目前仍处于原理验证阶段，要转化为具有竞争力的计算器件，仍面临一系列挑战，包括设计更复杂的脉冲序列、扩展可操作的比特数量等。研究团队表示，克服这些障碍将为开发新一代超高速信息处理器奠定基础，有望最终带来比现有技术快数百倍的计算设备。
总编辑圈点
传统芯片处理信息，就像让电子在复杂的城市道路上“奔波”，速度总有瓶颈。如今，科学家找到了一条“光速捷径”：他们利用神奇的飞秒激光“指挥”一种新型二维半导体材料。这种激光的脉冲极短，能瞬间改变材料里电子的状态，直接完成信息的“开”与“关”。实验结果显示，这种方法的逻辑运算速度比现有最快的电子器件快了一百多倍。这意味着，未来的计算机有望挣脱传统芯片的束缚，实现成千上万倍的提速，为人工智能等前沿领域带来颠覆性变革。
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