摘要：2025年5月2日，俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院与德国伍珀塔尔大学联合团队在《物理评论B》发表论文，宣布他们研发的通用全光逻辑门在室温下达到了240 GHz的运算频率。这项突破不仅刷新了光学器件的速度纪录，更揭示了双分子猝灭效应对运算速度的限制机制，为构建下

2025年5月2日，俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院与德国伍珀塔尔大学联合团队在《物理评论B》发表论文，宣布他们研发的通用全光逻辑门在室温下达到了240 GHz的运算频率。这项突破不仅刷新了光学器件的速度纪录，更揭示了双分子猝灭效应对运算速度的限制机制，为构建下一代光学计算机扫清了关键障碍。

图释：该图说明了一个用作 logic element 的有机微谐振器，其输出信号取决于输入脉冲是否同步以及先前的状态是否已耗尽：物理评论 B （2025）。DOI： 10.1103/PhysRevB.111.L161403

实验室里，指甲盖大小的有机微谐振器正在演绎着光的魔法。当两束飞秒激光脉冲以特定时序注入这个微型腔体时，腔内极化子（光子与物质耦合形成的准粒子）会形成量子凝聚态。此时，器件的输出状态严格遵循逻辑运算规则——这种基于光的逻辑门，不需要任何电子参与。

传统半导体晶体管正面临物理极限。当芯片制程逼近1纳米，量子隧穿效应导致漏电流激增，而提升时钟频率又会引发严重发热。相比之下，光信号以30万公里/秒的速度传播，理论上运算速度可比电子器件快三个数量级。研究团队早在2023年就开发出首个室温运行的NOR全光逻辑门，但当时的重复频率仅停留在GHz量级。

此次突破的关键，在于精确控制了极化子凝聚态的生命周期。就像水库需要排空才能再次蓄水，逻辑门必须完全清除前次运算残留的极化子，才能确保'0'和'1'状态的清晰区分。研究人员发现，当脉冲间隔缩短到4.17皮秒（1皮秒=万亿分之一秒）时，双分子猝灭效应开始主导——极化子之间相互碰撞湮灭，这种非辐射复合过程形成速度瓶颈。通过优化微腔结构降低极化子空间扩散，团队成功将最高工作频率提升至240 GHz，相当于每秒钟完成2400亿次逻辑运算。

这项成果意义特殊，它首次实现了全光逻辑器件的闭环验证。实验中采用的NOR门具有逻辑完备性，理论上任何复杂运算都可通过其组合实现。更令人振奋的是，器件在室温环境稳定运行，无需复杂的液氮冷却系统。论文展示的时序控制模型显示，只要泵浦脉冲持续时间短于极化子寿命（约1.5皮秒），就能实现可靠的重复运算。

光学计算赛道正在加速。美国MIT团队去年开发的拓扑光子芯片在低温下实现了THz级信号处理，韩国KAIST则通过表面等离激元将光逻辑门尺寸缩小到纳米级。此次突破的价值在于打通了从基础物理到工程应用的桥梁——双分子猝灭模型的建立，为器件设计提供了量化标准。当飞秒激光器与光子集成电路技术成熟，由数亿个这样的逻辑门构成的光学CPU或将彻底改写计算历史。

论文最后的数据耐人寻味：在特定参数下，残余极化子会意外增强后续脉冲信号。这种非线性效应暗示着更丰富的可能性——或许未来的光计算机不仅能做布尔运算，还能通过量子相干实现类脑计算。当电子与光子终将分道扬镳，计算世界的下一次模式革命已悄然临近。

参考文献：

Mikhail Misko et al, Temporal bandwidth of consecutive polariton condensation, Physical Review B (2025). DOI: 10.1103/PhysRevB.111.L161403 . On arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2407.21544

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来源：科学剃刀