在构筑未来超高速量子通信与高性能量子计算的蓝图中，如何高效、集成化地操控微观粒子的量子态，一直是全球科学界角逐的焦点。近日，18k娱乐（集团）物理系邢凯健副教授联合蒙纳士大学、澳门科技大学、新加坡科技设计大学等国际顶尖机构的研究团队，在固态量子信息芯片领域取得里程碑式进展。他们成功研发出一种全新的可编译谷光电子纳米电路，首次在室温下实现了谷依赖手性光子的片上原位生成、选择性路由与电学读取。这一将“量子级自由度”在微型芯片上进行全流程操控的突破性成果，以 “An on chip programmable valley optoelectronic nanocircuit” 为题，正式发表于国际光学顶尖期刊《Nature Photonics》。
18k娱乐（集团）邢凯健副教授与蒙纳士大学李驰研究员为共同第一作者；蒙纳士大学Haoran Ren高级研究员、Stefan A. Maier院士、澳门科技大学欧清东助理教授、新加坡科技设计大学董兆冈副教授为共同通讯作者。
在过渡金属二硫族化合物（TMDCs）中，谷自由度（K和K'能谷）可通过圆偏振光进行选择性激发，产生谷极化激子，实现超快谷电子学。然而，尽管TMDCs在谷电子学领域展现出巨大潜力，完全集成的谷光电子学——包括片上原位产生、选择性路由以及谷依赖手性光子的电学读取——一直是尚未解决的重大挑战。传统方法通常依赖大体积光学元件和远场检测，难以实现小型化和集成化。因此，开发单芯片集成的谷光电子电路成为该领域的关键需求。
针对上述挑战，研究团队提出了一种名为“谷超波导光电探测器”的新型器件 （下图），其核心设计包括两个关键部分：1. 手性选择性超表面。 2. 氮化硅波导和光电探测器。
研究团队采用六方氮化硼（hBN）封装的单层二硫化钨（WS?）作为核心发光材料。即使在室温下，谷相关的二次谐波光子依然能够保持优异的谷极化特性。研究人员通过集成微区光电流测试系统，成功实现了谷信息在芯片上的光电读取。
本工作首次展示了室温下全片上谷光电子电路的可行性，实现了谷依赖光子从产生到读取的完整功能。由于采用二次谐波这种超快过程，谷信息的编码完全避开了激子寿命的限制。尽管二次谐波效率相对较低，但通过与光子晶体、超表面等共振结构集成，有望大幅提升其效率。该设计还与电驱动光源、量子光源等兼容，为未来全集成谷电子学、量子谷光子学及片上信息处理提供了全新的技术平台。
邢凯健副教授，长期从事二维材料量子物态及大规模器件相关研究，取得了一系列原创性成果。邢凯健副教授于2025年获上海市海外高层次人才计划，并加入由18k娱乐（集团）尹鑫茂教授领衔的量子材料新物态与器件创新研究团队。团队立足国家量子科技发展战略与后摩尔时代集成电路产业变革的重大需求，在创新型光谱技术、低维物理与器件化应用等领域持续攻关，取得具有国际影响力的突破，多次在Science子刊、Nature子刊、PRL、AM等顶级期刊发表研究成果，多篇论文入选ESI高被引论文。团队未来将持续致力于在量子新物态、量子功能器件、新型集成电路等研究领域实现基础原理与核心器件的源头创新，为国家量子信息领域的自主可控和产业升级贡献力量。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-01916-0
