基于光控技术的超高速计算机成功研制

科技日报北京3月17日讯 近日，由意大利米兰理工大学联合意大利研究委员会光子学与纳米技术研究所等单位组成的科研团队，研发出一款以光为核心驱动力的超高速计算机。研究人员借助飞秒级激光脉冲，在一种新型二维半导体材料中开展极快速的逻辑计算，速度达到现有最快电子器件的百倍以上。这项突破为计算机性能的极大提升提供了可能，同时首次证明光除了能传递信息外，还能直接参与信息处理。相关成果发表在最新一期《自然·光子学》上。

传统计算机依靠晶体管内部电荷运动来进行运算，但这种方式的速度正逼近物理极限。为此，研究团队采用了完全不同的方式——用振荡的光场直接控制材料中电子的量子态。他们选择了原子层级厚度的二维半导体材料——二硫化钨作为平台，其中电子能处于两种被称为“谷”的不同量子状态。和传统的二进制“0”、“1”类似，但“谷”态在信息表现和控制能力方面有更高的潜力。

在实验环节，科学家们用极为短暂的高精度激光脉冲，对两种不同的“谷”态进行切换和信息扩展，实现了类似电子逻辑门的基本运算功能，运算速率可达10太赫兹。实验全程均在室温下进行，并且所用激光技术已逐渐成熟、普遍应用于实验室，显示了其较高的实用可行性。

研究人员还测量了此类材料中量子信息的稳定持续时间，这对于后续能否将这些原理应用到实际设备中具有重要意义。

目前，这项光控运算技术仍处在基础原理阶段。要真正实现商业化应用，还需解决包括设计更多样化脉冲序列、增加可操作的比特数量等方面的难题。团队成员表示，未来一旦攻克这些挑战，将有望推动新一代信息处理器的发展，其运算速度有望达到当前设备的数百倍。