近日发表于《自然光子学》的一项研究显示，研究人员利用极短的光脉冲实现了超高速逻辑操作，相关运算速率超过10太赫兹（THz）。研究团队表示，这一结果为开发新一代信息处理技术提供了重要的原理验证，其速度有望较现有最先进电子器件提升数百倍。
当前计算机主要依赖晶体管内电荷运动来完成信息处理，但晶体管的工作频率存在难以突破的物理上限。与传统电子学不同，该研究采用振荡光来操控材料中电子的状态，从而在更短时间尺度上完成信息处理。
米兰理工大学的朱利奥·切鲁洛（Giulio Cerullo）表示，研究证明光不仅可用于信息传输，也可用于信息处理。通过超短激光脉冲，团队能够在几百万亿分之一秒的时间尺度上控制物质的量子态，使操作频率与光的振荡频率一致，这是电子学难以实现的速度。
为实现上述操作，研究人员利用了一种二维半导体材料二硫化钨（WS₂），其厚度仅为三原子层。研究指出，受纳米薄膜中的量子效应影响，电子可处于两种不同的量子态，称为“谷”（valley）。研究团队将其作为信息单元使用，功能上类似传统计算机中的“0”和“1”，但可在更高速度下被操控。
实验中，研究人员采用持续时间仅为几飞秒（百万亿分之一秒）的精确激光脉冲序列，对信息进行选择性开启、关闭与扩展，从而完成类似电子电路的逻辑操作。研究称，这些操作在室温条件下完成，所用光脉冲也属于实验室常规可获得的技术手段。研究还实现了对量子信息在材料中保持稳定时间的测量，研究团队认为这将是未来技术应用的重要因素。
意大利国家研究委员会（CNR）光子学与纳米技术研究所（IFN-CNR）的卡马戈（Camargo）表示，这一原理验证意味着仍需解决多项科学与技术挑战，才能据此制造具备竞争力的器件，包括生成更复杂的脉冲序列，以及提升可行器件中可用“比特”数量等。
该研究由米兰理工大学物理系团队完成，合作单位包括CNR旗下IFN以及国际研究中心。项目协调人为米兰理工大学物理学教授朱利奥·切鲁洛，团队成员包括斯特凡诺·达尔·孔特教授、玛格丽塔·迈乌里教授，以及主要作者弗朗切斯科·古奇和马蒂亚·鲁索研究员；IFN-CNR的弗朗科·卡马戈研究员亦参与研究。
