超寬帶來了!光纖傳輸量擴大100倍以上,助力5G向6G邁進~這項世界級技術來自上理

把光纖的傳輸量擴大100倍會怎樣?全息投影精確到分子大小會發生什么?科幻電影懸空的操作界面可以成真嗎?給信息加一把“鑰匙”就能讓別人無法竊取嗎?

今天(12月10日),一份來自中國科研團隊的科研成果,在世界頂尖光學期刊《Nature Photonics》(自然光子學)上發布。據了解,這一研究是全息信息安全技術領域國內唯一一篇在此期刊發表的長文,推出世界上首個“超寬帶光學全息技術”,它不僅將光學信息傳輸處理能力無限擴展、更將成為推動未來5G技術全面升級的力量。

看到這里,似乎有點“不明覺厲”,其實這項技術并非束之高閣的理論研究,與我們未來的生活息息相關。比如更快的網速、更精準的醫療手術、更安全的信息隱私保護。

重磅發現:同一時間的信息傳輸量可以無限擴展

裝過寬帶的家庭都感受過光纖傳輸的高速和便捷,上世紀70年代前后,以光為載體的信息傳輸研究日益成熟,逐漸取代電子傳輸,信息傳遞的速度和容量都得到了巨大的提升。這次來自中國的技術革命,又將實現信息傳輸新的突破。

“伴隨著信息社會的發展,當光作為信息載體,之前主要通過拓寬‘顏色’的種類來擴大信息承載量,現在我們成功找到了另一個維度上的信息承載方法。”這次研究的團隊導師顧敏介紹,光本身分為色彩、偏振、軌道角動量幾個維度,以往只利用了顏色這一個維度,這次的研究成功突破了軌道角動量的維度,直接打開了“新世界的大門”,就像從2維平面邁向了3維立體世界的變化。

顧敏是中國工程院外籍院士、澳大利亞科學院與工程院士,目前在上海理工大學任教,該研究成果就是其領銜的人工智能納米光子學科研團隊研發,團隊特聘研究員方心遠博士為論文第一作者。

顧敏院士

“也就是說,以前1條信息傳輸鏈上,同一時間點只能傳遞1個信息,但現在理論上可以同時傳遞無限多的信息,目前的研究已經可以做到100倍了。”方心遠告訴記者,如果說以前的傳輸實現了“從0到1”的突破,這次的升級將使“從0到1無限等分”成為可能。

理論上,這一技術可以實現信息傳輸量的無限擴展,但隨著倍數的擴大,技術難度、資金投入也將加大。

推動5G通信技術升級、信息更加安全

“這一技術將會推動5G,甚至6G通信技術發展。”方心遠說,軌道角動量技術的力量還不止于此,它可以幫助每一代通信技術提高信息傳遞能力。

從第一代通信技術到現在的第五代通信技術,無線電波的頻率在不停提高,正是為了提高可用帶寬,到了6G就已經達到太赫茲頻段。通俗說,信息流流動的“馬路”在不停地拓寬。

不同于以往這一辦法,軌道角動量技術完全是在這條馬路上搭建平行的一條條平行的公路,來提高信息傳遞速度,信息處理能力。

“總得來說,軌道角動量技術在整個信息處理領域屬于獨辟蹊徑。”方心遠說,在未來,不僅可以同時傳輸更大量的信息,信息的安全性將會被大大提高。

每一個信息可以對應一把“鑰匙”,只有掌握密碼的人可以打開,其他人無從竊取。軌道角動量的特質,使得通過其傳播的所有信息能實現加密。

方心遠博士介紹:“擁有不同軌道角動量的光束在空間中以各種各樣的‘螺旋姿態’前進,只有知道入射光束的螺旋姿態,才能夠成功解碼出全息鎖中的信息,這就保護了信息傳遞的安全性。”螺旋姿態不計其數的變化,帶來的是無限的一把又一把“鑰匙”。

娛樂、醫療、生活都將被影響

假想有這樣一種場景,當你和朋友們收到了同一份加密全息數據,然而利用不同的“鑰匙”解碼,你的眼前呈現的是周杰倫在唱《說好不哭》,朋友呈現的是易烊千璽在跳街舞。這一場景將伴隨該技術的出現成為可能。

顧敏介紹:“軌道角動量全息技術在人工智能、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將大有可為。”

加密全息數據,不僅可以為信息安全做保障,也大大豐富了不同終端受眾的解碼結果,人們的娛樂、生活方式將被影響。一份數據可以包含多種信息,傳遞給不同的人,經過各終端的“鑰匙”開“鎖”會得到各自所需的內容。

信息量大了,信息的精度也被放大,未來的醫療手術過程中,病人的身體器官將能夠被精確的全息投影展現,精密程度可達到分子層面,也就是說對著全息成像,醫生就可探尋到病人的器官深層。

“未來到銀行存錢,也許用的就不是按鍵密碼了,變成了螺旋光做的‘鑰匙’。”顧敏說,今后這一技術將融入我們生活的方方面面,電腦、手機、手表都可以使用,而且更加節能環保。

顧敏透露,實驗室正全力投入科學研發,并積極與科技企業進行產研接洽。

來源:周到上海       作者:龐菁涵