假想有這樣一種場景，悠閑的午后，兩個姑娘坐在咖啡館里收到了同一份加密全息數據，然而利用不同的“光鑰”解碼，一人在看演唱會，另一人眼前呈現的是一場電影的全息影像。
比科幻大片里的場景還更進了一步！上海理工大學人工智能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，為大數據信息時代提供了大容量全息術。他們研發的軌道角動量全息技術，不僅顛覆了全息影像的傳輸方式，更是為傳輸過程設置了“信息安全”的保護屏障，使得這樣酷炫的場景可以變為現實。
日前，相關研究成果以長文形式發表在世界光學頂尖期刊《自然-光子學》上。
能夠將圖片信息存儲能力提高100倍
對于傳統全息顯示技術而言，一張平面全息圖往往只能記錄一張圖片，然而隨著信息時代的快速發展，我們需要利用相同的內存來記錄下更多的圖片。利用最新發現的軌道角動量全息技術，相同的內存能夠將圖片信息存儲能力提高100倍，為下一代大容量全息技術打下基礎。
這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，上海理工大學人工智能納米光子學研究中心顧敏教授是該論文通訊作者，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為第一作者。
據方心遠介紹：“傳統全息顯示技術中，只有通過增加信號源的方法提升信息通道的數目以實現復雜的顯示效果，往往出現‘帶寬不夠’‘分辨率不高’等情況。而我們發現，‘螺旋程度’不同的軌道角動量光對應了同一信號源不同的信息通道，結合納米光子學技術，僅僅利用一個納米級的信號源便可以實現超寬帶的全息顯示效果。這就可以為大眾提供更優質的信息記錄手段和出色的視覺體驗。”
而在顧敏看來，這只是該項技術的優勢之一，它的“硬實力”還在于創造性地為全息技術加裝一把安全“鎖”。“傳統意義上，一把全息‘鎖’只有一種解碼方式，而我們的研究把‘螺旋光’配成多把‘鑰匙’，可以將同一把全息‘鎖’解碼出不同的信息，收信人根據手里的‘光鑰’解讀出只有他自己才能看到的最終信息，這就保護了信息傳遞的安全性。”
在人工智能、三維顯示等領域大有可為
全息技術本身就是數據并行處理的一種重要信息處理手段，而軌道角動量全息技術最大優勢在于增加了帶寬，使用軌道角動量全息技術，能夠讓更多信息記錄在一組數據當中。
微軟前段時間利用三維體全息的思路，在玻璃上記錄下可以保存幾百年的數據。早在2013年，顧敏院士課題組利用雙光束超分辨原理突破了光學衍射極限，獲得9納米加工特征尺寸的世界紀錄。加工尺度越小，一張芯片的容量可以越大，芯片的價值也就越高。
而方心遠告訴記者：“利用我們的技術，可以在二維平面上記錄完全基于全光學方式讀出的數據，這樣一來，加工過程變得更加簡單，讀取數據也更加節能，這是目前全世界唯一能實現這一效果的手段。”
顧敏院士說：“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、人工神經網絡等多個領域將大有可為。此外，還可以將其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。”
源于一份“不可能”完成的作業
機遇總是不期而遇，這樣的突破源于一份“不可能”完成的作業，也像一個現代版伯樂與千里馬的故事。
去年，尚在讀博的方心遠剛好看到顧敏院士課題組在《科學》發表的一篇前沿文章，就試著聯系顧敏，并取得了與世界頂級團隊短期交流的機會。
加入團隊后，顧敏給了方心遠一個命題作業，“螺旋光束能不能在全息場景下攜帶信息？”這是顧敏腦海中一直在琢磨的課題。然而方心遠經過兩周的苦思冥想，卻不得不給老師這樣的答復：“這不可能。”原來，這一課題按照現有的原理來推算的話，是根本不可能實現的一種假設，就好像是一道數學題，雖給出了“答案”卻根本沒有“推導過程”。
“要不試試，讓布拉格衍射定律在傅里葉空間延伸？”一個月后，方心遠竟然打破了自己的結論，創造性地將物理學與數學理論結合，有了新的靈感。最終，僅僅耗時9個月，這份“不可能”的作業就被方心遠攻破了，這個想要做“高水平科研”的年輕學者讓只有9%命中率的頂尖科研雜志里有了他的名字，而且是8個版面無刪減的長文。在他看來，這一切都得益于顧敏的那份“作業”，現在，他已經全職加入顧敏的團隊，把這份“作業”繼續做下去，要在光學領域做深做實。
