9月，哈佛大学工程与应用科学学院Capasso教授团队创造了一种层状超表面光学器件，结合了工程化半导体材料与纳米结构超表面，展现出对不同波长光进行混频和变换的极强能力，特别是在光纤网络所用的近红外波段。该器件在量子计算和光学信号处理领域具有重要应用价值。
超表面是一种由人工纳米天线阵列构成的二维光学器件，能够在亚波长厚度上对光的相位、振幅、偏振等进行精确调控。传统超表面通常由金属或介质纳米柱组成，主要实现线性光学功能（如聚焦、偏转、偏振转换等）。然而，在量子光学和量子信息处理中，需要非线性光学过程——如二次谐波产生、和频产生、差频产生等，这些过程可以将不同波长的光子相互转换，是构建量子光源、量子频率转换、全光开关等器件的基础。
传统非线性光学晶体（如铌酸锂、磷酸二氢钾等）虽然非线性系数较高，但体积大、无法集成、带宽有限，难以满足片上量子光学的需求。超表面由于亚波长厚度，光与物质相互作用长度极短，非线性转换效率通常很低。Capasso团队的创新在于将层状半导体材料与超表面结合：通过外延生长制备高质量的多层半导体异质结材料，利用半导体能带工程增强光与物质的非线性相互作用，再结合超表面的纳米结构设计，同时实现了强非线性响应和亚波长尺度的器件尺寸。
该器件在近红外波段的强混频变换能力尤其有价值，因为光纤通信和量子光通信的工作波长窗口都在近红外波段（如1310nm和1550nm）。如果能够在芯片上实现高效的近红外波段非线性频率转换，就可以在同一芯片上集成量子光源、量子频率转换器和单光子探测器，为片上量子信息处理提供关键器件。层状半导体超表面技术融合了外延材料生长和纳米加工两大技术，代表了非线性超表面器件的发展方向。
