赫瑞瓦特大學(xué)（Heriot-Watt University）的研究團(tuán)隊(duì)在光子技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。該團(tuán)隊(duì)聚焦于透明導(dǎo)電氧化物（TCOs）——一種能夠高速調(diào)控光傳播路徑的納米材料。

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家推測(cè)通過引入時(shí)間變量可改變材料的光學(xué)特性。這一設(shè)想如今被愛丁堡工程與物理科學(xué)學(xué)院的納米光子學(xué)專家實(shí)現(xiàn)。

這類可形成250納米（0.00025毫米）超薄薄膜的材料，已被廣泛應(yīng)用于太陽能電池板和觸摸屏。

在納米光子學(xué)副教授Marcello Ferrera博士的帶領(lǐng)下，赫瑞瓦特大學(xué)團(tuán)隊(duì)與普渡大學(xué)（Purdue University）合作，利用超快光脈沖成功“雕刻”了透明導(dǎo)電氧化物（TCOs）的響應(yīng)特性。

圖片:搜狗截圖20250319232042.png

由此產(chǎn)生的時(shí)間構(gòu)造層可改變單個(gè)光子的能量和方向。這種前所未有的能力為光子調(diào)控開辟了新維度。

該發(fā)現(xiàn)有望以遠(yuǎn)超當(dāng)前的容量和速度處理數(shù)據(jù)，對(duì)集成量子技術(shù)、超快物理、光計(jì)算和人工智能等領(lǐng)域具有顛覆性意義。

Ferrera博士表示：“通過非線性材料充分開發(fā)光學(xué)帶寬，企業(yè)和機(jī)構(gòu)可處理海量信息。這對(duì)數(shù)據(jù)中心、AI技術(shù)等領(lǐng)域意義重大，并將支撐我們尚未完全理解的全新技術(shù)。”

他進(jìn)一步指出：“社會(huì)對(duì)帶寬的需求如饑似渴。若想實(shí)現(xiàn)完全沉浸式3D虛擬會(huì)議，需超強(qiáng)算力與處理速度，這只能由超快全光學(xué)元件提供。我們的材料研究可將計(jì)算速度提升數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，以極低能耗處理巨量信息。”

研究團(tuán)隊(duì)通過與博士生Sven Stengel和博士后研究員Wallace Jaffray博士合作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)TCOs材料中光子速度的精準(zhǔn)調(diào)控。這種能力不僅可實(shí)現(xiàn)光的放大和量子態(tài)生成，還賦予了光調(diào)控的“第四維度”——時(shí)間維度。

Ferrera博士強(qiáng)調(diào)：“自激光發(fā)明以來，尋找能在低能耗光照下超快劇變的材料一直是全光學(xué)技術(shù)的‘圣杯’。這類時(shí)變介質(zhì)是數(shù)十年來最接近完美光控材料的突破，將催生全球科學(xué)家競(jìng)相探索的新效應(yīng)。非線性光學(xué)正進(jìn)入無需慢速電信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)全光調(diào)控的新時(shí)代。”

普渡大學(xué)杰出教授Vladimir M. Shalaev指出：“這類低折射率透明導(dǎo)體在集成非線性光學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命，以前所未有的時(shí)間尺度高效調(diào)控光信號(hào)。”

該校另一位杰出教授Alexandra Boltasseva補(bǔ)充：“研究表明，借助這些材料，我們終于能利用時(shí)間變量突破傳統(tǒng)工藝限制，設(shè)計(jì)更復(fù)雜的光學(xué)特性。”

目前，F(xiàn)errera博士已獲得英國(guó)-加拿大量子科學(xué)研究合作計(jì)劃提供的650萬英鎊資助，將在未來兩年深化相關(guān)研究。

這項(xiàng)突破不僅為光計(jì)算和量子技術(shù)鋪路，更可能重新定義人類與信息的交互方式。正如Ferrera所言：“科技的目標(biāo)是模擬人腦，但需通過電子硬件實(shí)現(xiàn)。我們研究的材料正是實(shí)現(xiàn)低能耗、高算力計(jì)算單元的關(guān)鍵要素。”當(dāng)光子的時(shí)空特性被完全掌控，一場(chǎng)靜默的光學(xué)革命已悄然啟幕。

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