智利研发光子神经网络突破大气湍流瓶颈

智利瓦尔帕莱索天主教大学电气工程学院教授、光电实验室（optolab）主任埃斯特万·维拉（esteban vera）近期获得fondecyt regular项目资助，主导一项名为donnas（衍射光学神经网络用于自适应光学）的研究。该项目核心目标是设计并开发基于衍射光学层的神经网络，旨在直接测量并校正大气湍流效应，解决其对天文观测及自由空间光通信的双重干扰。

传统自适应光学系统依赖复杂的数字计算来实时修正大气扰动，但随着望远镜口径扩大和通信速率提升，电子处理已成为性能瓶颈。donnas项目提出的创新方案是利用光子而非电子进行信息处理，通过光波前传感与校正，无需依赖复杂的数字计算即可实现大气畸变修正。这种全光处理方式不仅显著降低了系统成本，还大幅提升了能效，使设备更加紧凑高效。

智利在天文与光通信领域具有独特的战略地位。预计到2030年，该国将拥有全球三台极大望远镜（elts）中的两台，其口径均超过25米，这将进一步巩固其作为全球天文观测的地位。与此同时，低轨卫星数量的激增推动了高容量光通信技术的发展，亟需能够高效、安全传输海量数据的解决方案。然而，大气湍流导致的光路扭曲是制约这两大领域发展的共同障碍。

optolab实验室团队在探索深度学习技术的基础上，进一步突破传统ai应用模式，致力于开发能够直接在光学层面完成波前传感与校正任务的神经网络。博士生·冈萨雷斯（benjamín gonzález）指出，电子器件在处理大气湍流等超快现象时存在不可逾越的延迟瓶颈。而光子计算利用光波进行运算，速度接近光速，是突破这一瓶颈的关键。

该项目的技术路径涉及利用人工智能设计衍射光学元件，这些元件由感光全息薄膜层构成，内部刻录由光学神经网络生成的图案。一旦集成至光学系统，这些元件即可自主完成信息处理，大幅简化系统架构并降低计算需求。这标志着从电子存储传输向光子计算处理的范式转变，正如历史上从cd、dvd到光纤传输的演进，如今正迈向光子计算的新阶段。

技术验证不于实验室环境，团队还将利用库拉马校区天文台及seetrue项目建设的陆地光学站，在真实大气条件下进行测试。该实验室持续获得fondequip mayor和等项目的设备支持，确保研究具备坚实的实验基础。项目成果将直接服务于全球天文与通信挑战，同时推动智利在人工智能与自适应光学领域的科研人才培养与科普传播。