給光裝上旋轉開關！科學家突破低溫限制，未來自研芯片不再要液氦

哈嘍，大家好，我是小方，今天，我們主要來看看，科學家們最近如何給光裝上了一個神奇的“旋轉開關”，這個聽起來像科幻的進展，正把量子計算從實驗室的深冷柜推向我們未來的常溫生活。

傳統的電子計算機用0和1存儲信息，而在更前沿的量子世界，科學家一直夢想用光子的旋轉方向（左旋或右旋）來編碼量子信息，這被稱為“谷自由度”，但過去有個大麻煩：這種旋轉信息在室溫下稍縱即逝，好比在沙灘上寫字，海浪一來就抹平了，為了留住它，設備不得不泡在接近絕對零度（零下270攝氏度左右）的液氦里，又貴又笨重，離實用很遠。

最近，來自斯坦福大學和暨南大學的一支聯合團隊，終于找到了在室溫下“鎖住”光子旋轉信息的高明辦法，他們不再依賴笨重的制冷機，而是設計了一面特殊的“光子魔鏡”，這面“鏡子”其實是一個由單晶硅制成的精密納米結構陣列，上面每個小方塊都故意被切掉一角，形成一種特殊的手性光學模式（準束縛態）。

當把這面“魔鏡”與只有原子層厚的二維材料二硒化鉬結合后，奇跡發生了：用普通光照射，材料在室溫下發出的光，會穩定地傾向于某一種旋轉方向，圓偏振純度達到了0.5，創下了同類器件的室溫新紀錄，這相當于給了光一個穩定的“記憶”。

這項突破厲害在哪？簡單說，它掃清了谷電子學走向實用的一大障礙——溫度。團隊核心成員潘峰博士指出，這是首次在室溫下實現對光子自旋與電子自旋耦合的有效調控。

這意味著，未來基于此原理的量子光源、光通信芯片或傳感器，有可能做得像手機芯片一樣小巧，而且能在日常環境中穩定工作，能耗和成本都將大幅下降。

這項技術的潛力遠不止于理論，研究團隊已經提出了更宏大的設想：如果能在此基礎上，通過電場約束等技術創造出量子受限的激子，就可能制造出按需發射、偏振方向可控的量子單光子源。

這種光源是構建安全量子通信網和光量子計算機的理想部件，更進一步，如果能實現光與物質更強的手性耦合，甚至有望將發光的圓偏振純度推向接近100%，徹底“鎖死”光的旋轉信息。

想象一下，不遠的將來，數據中心里高速運算的光模塊，或連接城市的量子保密通信網絡，其核心部件可能就源于這項讓光在室溫下“記住”旋轉方向的技術，光的左旋和右旋，將在數字世界的底層扮演起關鍵角色。