未来6G靠它？天津大学用“光漩涡”破解信号干扰难题

你有没有想过，未来手机信号之所以不再断连、视频通话不再卡顿，可能要归功于一种“甜甜圈形状”的光？听起来很奇幻，但科学家们正在把这一构想变为现实。2026年1月，天津大学与新加坡南洋理工大学的联合研究团队宣布，他们成功利用一种特殊设计的超薄材料，首次在自由空间中生成并自由切换两种“涡旋光”——它们的电磁场像龙卷风一样旋转，形成稳定的环形结构，酷似一个发光的甜甜圈。这种被称为“斯格明子”（skyrmion）的光结构，因其超强抗干扰能力，有望彻底改变下一代无线通信的可靠性。

当前的无线信号（如5G、Wi-Fi）主要依靠电磁波的强度或频率来编码信息。但在复杂环境中——比如高楼林立的城市、金属反射强烈的地铁站，或者多人同时联网的演唱会现场——信号极易发生多径干扰、衰减甚至中断。而这次新提出的方案，走的是完全不同的路：用光的“拓扑结构”来携带信息。简单说，就是不再只看光有多亮或多快，而是看它“怎么转”。

研究人员设计了一种名为“非线性超构表面”（nonlinear metasurface）的纳米级芯片，厚度不到一根头发丝的百分之一。当特定偏振模式的近红外激光脉冲照射到这块芯片上时，它会瞬间转换成太赫兹波段的“甜甜圈光”——其电场或磁场沿着环形路径螺旋前进，形成高度稳定的拓扑结构。更厉害的是，通过调整入射激光的偏振方式，他们能在这块小小的芯片上按需切换两种模式：一种是电场主导的“电斯格明子”，另一种是磁场主导的“磁斯格明子”。这就像用两把不同的钥匙，打开两个独立的信息通道。

为什么这种“甜甜圈光”更可靠？因为它具有拓扑保护性——这是物理学中的一个神奇特性：只要整体结构不被彻底破坏，局部扰动（如障碍物遮挡、空气扰动）几乎不会影响其形态。打个比方，普通电磁波像一张纸，一折就皱；而斯格明子光像一个橡皮圈，你怎么拉扯它，它始终是个环。正因如此，它能在嘈杂环境中保持信号完整性，极大降低误码率。

这项技术瞄准的是太赫兹通信——被视为6G乃至7G的核心频段。太赫兹波频率极高（0.1–10 THz），带宽巨大，理论上可实现每秒Tbps级的传输速度。但它的短板也很明显：传播距离短、穿透力差、易受环境干扰。而甜甜圈状的涡旋光恰好能弥补这些缺陷——其能量集中在环形轨道上，方向性强，且多个不同“旋转方向”或“拓扑模式”的光束可在同一频率下叠加传输，相当于在一条高速公路上开辟多条独立车道，大幅提升频谱效率。

实验中，团队搭建了一套超快太赫兹成像系统，实时捕捉了光脉冲在空间中传播的全过程，清晰验证了两种斯格明子模式的存在和切换可靠性。结果显示，信号模式纯度高，切换响应快，完全满足未来通信需求。

当然，目前还处于实验室阶段。下一步，科学家计划将这套系统微型化、集成化，并探索更多可切换的拓扑态，以支持更复杂的信息编码。项目负责人韩家广教授表示：“我们的目标不是取代现有技术，而是为未来高密度、高移动性、高可靠性的无线网络提供一种全新的‘抗干扰语言’。”

想象一下，在未来的智慧城市中，自动驾驶汽车通过这种稳定光信号实时交换路况；远程手术机器人依靠它精准执行指令；甚至你的AR眼镜也能在拥挤商场里流畅加载虚拟信息——而这一切的背后，都是一束束在空中旋转的“光之甜甜圈”。

科学有时就是这样：最前沿的突破，往往藏在一个看似简单的形状里。而这一次，人类或许真的要靠“甜甜圈”，打通通往无缝连接世界的最后一公里。

参考资料：“Electric-Magnetic-Switchable Free-Space Skyrmions in Toroidal Light Pulses via a Nonlinear Metasurface” 29 January 2026, Optica.
DOI: 10.1364/OPTICA.578501