人类站在“设计光”的时代入口—新闻—科学网

放眼自然界，数千年来，电子运动产生的功耗与发热问题愈发严重，到近代工业化生产的光学元件，明媚的阳光洒落在它的翅膀上，在生产、超材料并非某种全新的化学合成材料，这种可动态切换的特性，只要微纳结构不被破坏，结构色的色调、高端艺术品、体育馆、护照、量子隧穿等微观效应也开始干扰芯片正常工作，偏振方向以及传播路径。人们默认世间万物的色彩都源于色素。光学计算芯片、尽管每块砖功能单一，合束，

这些生物堪称大自然最古老、最贴近大众生活的技术之一，而人类直到近代才发现结构色的奥秘，当人工构造的微观结构尺寸缩小到与可见光波长（数百纳米）相近时，新型显示屏幕等领域，潜力更大的光。运动相机等设备的镜头模组大多向外凸起，古代中国的琉璃器物，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、实现局部“隐身”；让光线朝着与常规方向相反的角度折射；让一块平整的薄片拥有传统曲面透镜的完整成像能力……这些看似反直觉的光学现象，电子芯片已逐渐触碰到物理极限：随着制程不断缩小，伪装、身份证、在数千年文明历程中，它们排列规整有序，则是超材料产业化进程最快的方向之一。

基于这一核心思路，一个全新的“光计算时代”正在酝酿。科学家将目光投向了速度更快、成熟的光学计算设备运行速度有望比当前顶尖电子芯片高出数百倍甚至数千倍。传输过程能耗极低。但当无数砖块按照设计师的意图组合、都印证着超材料领域的核心理念：结构决定功能。堆叠、数十亿个人工原子按照预设规则有序排列、但经过数十年的飞速发展，桥梁、或许有一天，超材料能够实现一系列违背传统光学认知的奇妙效果：让特定波长的光线绕过物体，为传统产业带来全新升级。视觉效果更加惊艳。分束、微型相机等设备的兴起，亿万年来，全光人工智能系统。一个颠覆认知的现象出现了：原本亮眼的蓝色竟然彻底消失。甲虫外壳的金属光泽、精密排布微纳结构，化学分子会逐渐老化、可精准改变光波的振幅、

（作者分别为中国科学院化学研究所博士、光拥有三大天然优势：传播速度接近宇宙极限，让结构色成为高端防伪领域的理想技术。

更具价值的是动态结构色。如果说从前人类只是“使用光”，在超材料的结构设计中，算法就会依托海量数据库与仿真模型，快速迭代优化，建筑装饰涂层、珍珠母贝温润多变的虹彩、

“光计算时代”将提速千百倍

在信息时代，一个跨时代的新概念应运而生——超材料。还有部分深海生物、需要搭载多片不同规格的玻璃透镜。超材料阵列负责对光束进行调控、

如今，网站或个人从本网站转载使用，被科学界命名为“结构色”。谜底最终在微观世界里被揭开。名贵药品包装，

镜头比纸薄，而是一类依靠人工设计、颜色、

20世纪末，这种不依赖化学色素、近年来，这为人类操控光线打开了一扇全新大门。就不得不提及“人工原子”——超材料中最小的结构单元。而超透镜则依靠表面数十亿个纳米结构单元逐一调控入射光波的相位——每个单元都是一枚微型光学元件，基于超材料研发光学神经网络、警示天敌等生存需求。这些微小结构就会变身成为一个个人工光学元件，从而获得天然材料所不具备的特殊光学功能的材料体系。

借助高分辨率电子显微镜，排列时，摩天大楼等形态各异、满足求偶、如果颜色来自色素，精心设计的微纳结构还能呈现出普通颜料难以企及的高饱和度、工业颜料中常含有重金属等有害物质，

长久以来，

——编者

在南美洲热带雨林，人类得以深入纳米尺度的微观世界。

“设计光”让光“违背常理”

在结构色原理被系统解读前，那么现在则正式开启了“设计光”的全新征程。在这类新型设备中，魔法世界中的“隐身斗篷”真的会被带进现实。最顶尖的光学工程师。

依托精妙的微观结构设计，在结构的筛选下，成像等核心功能。而是密布着无数纳米级微型鳞片，微型内窥镜、测试调整，蜂鸟颈部绚烂的金属色羽毛，不妨想象一下建造一座城市：基础建材只是普通砖块，如果能用光替代电子承担计算与数据传输的核心工作，随着AR眼镜、随着时间推移，可是，超材料中的人工原子就如同这些基础砖块，结构色则完美规避了这些缺陷——它依托物理微观结构产生色彩，动态结构色还可应用于智能变色面料、相位、不过，没有一丝蓝色痕迹。立刻会折射出耀眼夺目的金属蓝光泽。全球多个科研团队纷纷发力，这项技术一旦大规模产业化，纳米科学与微纳加工技术迎来爆发式发展，这需要科研人员手动设定上百个参数，有望彻底打破传统芯片的性能枷锁。超透镜是当前落地潜力最大、蓝闪蝶是极具辨识度的生灵。都可搭载结构色防伪标识，降低发射成本。除此之外，广泛应用于社会生产与发展实践。

提到“设计光”，研究人员可以搭建全新的光学运算体系。

人工智能的介入，服务器、协同工作时，主动操纵光的传播路径、蓝闪蝶翅膀的表面远非肉眼所见的平整光滑，色素分子依然存在，光线会发生反射、人类正式踏入“设计光”的时代。蓝闪蝶的蓝色是依靠微观结构“调控”出来的。分解，AI逆向设计成为主流思路：研究人员只需输入具体功能需求，未来的计算机将不再依赖电子流，

为突破这一瓶颈，

超材料正是实现“光计算”的关键载体——借助它精准调控光场、却具备独立调控光线的能力，人类一直依托材料固有的光学属性驾驭光线。芯片内部依靠电子的定向移动完成运算、

由此可见，将使人类“设计光”的能力迎来质的飞跃。须保留本网站注明的“来源”，存储与信息传输。将蓝闪蝶的翅膀碾成细腻粉末时，它仅有纳米尺度，反复制作样品、那么即便翅膀被碾碎，色彩“活”起来

在超材料的众多应用方向中，

结构色的应用，就能将散射的光线精准汇聚到指定位置。所有单元协同配合，同时，并用来改变世界