圖說：軌道角動量光束作為光學全息過程中的信息載體，實現超寬帶光學全息過程 來源／採訪對象供圖（下同）
斑斕的光為我們帶來美妙的審美，也成為了信息的載體。不同顏色和各方向的光波震動姿態成為一條條搭載信息的通路。然而隨著數據的增加，為了獲得更快的傳輸效率和更好的顯示效果，傳統全息顯示技術增加信號源的方法常常出現「寬帶不夠」「解析度不高」等情況。
而在光纖通信的高速路上，上海的科研團隊打通了新通道。近日，由中國工程院外籍院士、澳大利亞科學院與工程院院士、國際光學丹尼斯·加博爾（Dennis Gabor）獎獲得者、上海理工大學人工智慧納米光子學研究中心顧敏教授領銜的科研團隊，創造性地利用具有「螺旋」特性的軌道角動量光束作為光學全息過程中的信息載體，實現了世界上首個超寬帶的光學全息過程，為大數據資訊時代提供了大容量全息術。
能力提高百倍
「我們發現，軌道角動量光不同的『螺旋程度』能對應同一信號源的不同信息通道。結合納米光子學技術，利用一個納米級的信號源就可實現超寬帶的全息顯示效果，相同的內存能夠將圖片信息存儲能力提高100倍。」此項研究的第一作者，上理工光電信息與計算機工程學院特聘研究員方心遠博士說。
圖說：實驗數據
這項技術還有另一項「硬實力」——創造性地為全息技術加裝一把安全「鎖」。通訊作者、顧敏院士解釋說：「傳統意義上，一把全息『鎖』只有一種解碼方式，而我們把『螺旋光』配成多把『鑰匙』，收信人根據手中『光鑰』解讀出只有自己能看到的最終信息。」這意味著，這種加密技術能夠使得同一份全息數根據不同收件人手中密鑰呈現不同畫面。
0-1的突破
這項研究實際上是利用了雷射的渦旋姿態，這個比顏色、震動更複雜的光之特性其實一直是各國科學家在光通信方面關注的突破點。但不同轉速的渦旋光經過透鏡後呈現無數同心圓環，但這些只有微米、納米大小的痕跡肉眼根本無法定位，更難研究其規律。方心遠博士加盟團隊後接到了顧敏院士關於「螺旋光束能否在全息場景攜帶信息」的命題作業，這位年輕的研究者是如何完成這題「幾乎無法推導」的科學命題，實現這項0-1的突破的？
在顧敏院士看來，創新能力的核心於找到科學探究的創新方法。「納米光學的發展確實令我們現在可以以更微觀的尺度調控光，終於能夠『看清』那些渦旋痕跡。另一個關鍵也在於，方博士把獲取的渦旋光數據置於傅立葉空間來演算，等於將光在數學定義的空間中研究。這個方法不僅獲得一個清晰簡單的視角來研究複雜疊加的光，完成演算推導。更妙的是能夠使之從數學世界還原回真實世界，以實驗論證。」
該研究以8版無刪節長文的形式發表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》上，這也是近年來中國科研人員在該刊發表的唯一一篇全息信息安全技術領域長文。
圖說：顧敏院士
光學賦能人工智慧
提及未來應用，顧敏院士介紹說，軌道角動量全息技術將在人工智慧、三維顯示、數字全息顯微技術、數據存儲、人工神經網絡等多種領域大有可為，此外，還可以應用在量子光學領域，為信息交互過程提供前所未有的安全保障。他舉例說，新技術能夠在原來一個比特的存儲空間中劃分出更多空間，讓1比特能夠有8個比特甚至16個比特的能力。
除了高水平論文發表，就在這兩天，上理工人工智慧納米光子學實驗室也完成建設驗收，團隊也有了二十多位成員，這些都是顧敏院士今年辭去皇家墨爾本理工大學副校長職務，全職加入上理工之後的重要工作。此番回歸，這位出生於青浦朱家角的上海科學家要把信息光學賦能人工智慧，要實現更綠色、更安全、更快的人工智慧2.0。
新民晚報記者 易蓉