难以想象！人工智能技术与超表面全息术相结合，单张全息图竟能重建118幅独立图像，并创下入射光2纳米的超窄线宽纪录。更为神奇的是，这一技术还能进行全息视觉加密，开发出“所见非所得”的动态密码系统。

近日，这一技术由上海理工大学顾敏院士、方心远研究员团队联合澳大利亚、美国等顶尖实验室，在《科学进展》（Science Advances）上发表题为“超窄线宽波长-涡旋复用超表面全息术”（“Ultranarrow-linewidth Wavelength-Vortex Metasurface Holography”）的研究论文。论文第一作者是上理工智能科技学院孟维佳同学与美国华盛顿大学Johannes E. Fröch博士。

【Transformer神经网络：给光戴上“智能滤镜”】

如何让一张全息图承载上百幅图像？研究团队给出的答案是“AI赋能光学设计”。

传统全息图设计依赖低效率的迭代优化算法，团队利用Transformer神经网络，对单张纯相位全息图进行全局优化设计，应用于具有宽波段响应能力的纳米超表面全息图，使其能够同时感受入射光波长与轨道角动量的双重变化。

波长-涡旋复用超表面全息概念图。

简单来说，就像为光波打造了“智能筛网”，仅允许特定颜色和螺旋程度的光通过，从而在可见光范围内实现了2纳米超窄线宽的高精度筛选。“AI为光雕刻出118把不同的钥匙，每把钥匙只能打开特定的信息宝库。”孟维佳比喻道。

【跨国协作实现科研突破】

这项研究的背后，是一支横跨三大洲的科学联合团队，由上海理工牵头，澳大利亚莫纳什大学、美国华盛顿大学等机构的专家们跨越时区壁垒，云端协作攻克技术难关。通过“虚拟实验室”共享实时数据，利用跨国设备接力完成超表面制备与测试。

“就像用全球智慧拼出一张完美全息图，”方心远研究员感慨道。这种无国界科研模式，不仅验证了超窄线宽超表面全息作为光学密码锁的可行性，更凸显了国际合作在科研中的重要性。

上理工研发团队合影。

超表面全息术作为纳米光子学的前沿领域，设计涉及复杂的光场调控与纳米级结构优化。作为上理工智能科技学院的首位博士毕业生，孟维佳在导师团队的指导下，创新性地引入人工智能技术，攻克了传统方法难以逾越的壁垒。这一成果也标志着学院在交叉学科人才培养上迈出里程碑式一步，为后续“光学人工智能”研究奠定人才基石。

【从“视觉密码锁”到光学人工智能】

实验显示，该技术的信息加密安全性较传统方法提升超过2500倍，即使截获全息图，若未掌握密钥对应的波长与涡旋参数组合，也无法破解原始信息。这种“视觉密码术”已在高安全级数据存储、防伪标识等领域展现应用潜力。

据悉，研究团队已将该技术应用于全息视觉加密，开发出“所见非所得”的动态密码系统。例如，用特定波长激光照射超表面时，看似无序的光斑会瞬间自组织成二维码或三维动态图像，而其他波段光源仅显示干扰图案。

这种“光学指纹”验证技术，可应用于国防安全与金融防伪领域。更长远来看，团队正探索将超表面与光学神经网络结合，利用其并行处理光信号的特性，构建比现有电子芯片快千倍的光学人工智能芯片。

原标题：《创纪录，单张全息图重建118张图！“AI+超表面全息术”还能视觉加密》

栏目主编：徐瑞哲 图片来源：上理工

来源：作者：解放日报 李蕾