全球首次实现：科学家用全息技术完成跨洋无线通信

来源：光明日报

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本报北京3月14日电（记者晋浩天）

从2G时代一路迈进6G时代，一部手机能否全部搞定？这并非科幻电影里的情节，而是已在我国高校实验室里发生的真实技术突破。北京大学研究团队为未来的通信世界嵌入了一颗“万能心脏”，全面展示了在光芯片领域的系统性创新。在全球范围内，他们首次在同一平台上实现了对2G至6G及更高代际全制式无线通信技术的同步支持。国际学术期刊《自然·光子学》近期以“背靠背”形式，在同一天发表了两篇来自北京大学常林研究员团队与合作者的研究论文。这标志着该团队在集成光电混合芯片研究中取得重大进展。

这项研究到底意味着什么？“不妨从我们每天都在用的手机说起。”常林解释道，“你有没有想过，为什么手机需要不断地更新换代？”事实上，不仅是我们手中的终端设备，遍布各地的通信基站也面临着同样的难题。回顾当年使用2G网络拨打电话，到如今依赖5G流畅刷视频，再到即将到来的6G时代，每次网络代际升级，通信基站和用户终端都不得不叠加一套专属的全新硬件设备。于是，基站设备越堆越多，像个塞满了老式收音机、电视机天线和卫星锅盖的杂物间，不仅笨重，还极其耗电。这就是困扰行业多年的“硬件冗余”难题，也是导致用户手机流量费用较高的主要原因之一。

常林团队干的第一件大事，就是把基站这个“杂物间”变成了一张轻薄的“万能工作台”。他们开创性地将光芯片与电磁超表面“粘”在了一起，提出了一种可扩展的统一硬件平台。“简单来说，就是让光信号在指甲盖大小的芯片上‘舞蹈’，通过精巧调制这些光子，一次性变换出从2G到6G所有频段的无线信道。这就像一张工作台配备了所有接口，不管你是手中的2G老手机，还是未来的6G新设备，甚至是卫星通信终端，来了就能用。”这意味着，未来的基站有望彻底甩掉传统硬件冗余的沉重包袱，不仅能让基站体积大幅缩小，更能让功耗直接降低到原来的十分之一。

解决了“路宽”问题，团队转头又向“车速”发起了挑战。“6G采用的是高频信号，像一匹难以驯服的烈马，跑得快但控制难。传统的调控方式好比拿着缰绳生拉硬拽，信号很容易就跑偏。”常林解释道。团队则运用先进的光学微梳技术来驱动天线阵列，颠覆了传统的微波调控思路，实现了对6G高频信号的“全维度”精准控制。相当于给这匹“烈马”装上了一套精密的导航系统。在实验室里，这套系统不仅将6G的传输效率较传统方案提升了30倍，更让通信设备长出了一双“感知之眼”。“它能一边为你高速传输数据，一边精准感知你的位置、速度和旋转角度，这就是传说中的‘通感一体化’。好比你的手机不仅能听见你说话，还能‘看见’你在做什么。”常林说。

常林告诉记者，“合一”与“精准”这两项高度关联的技术互为支撑，将为实现全制式无线通信系统的未来发展提供变革性基石。“未来，这项技术突破不仅有望推动超大容量万物互联，更能显著降低网络延迟，打通算力与终端设备边界，为具身智能和卫星通信等对响应速度极为敏感的前沿场景，提供强有力的底层硬件支撑。”