近日，物理科學(xué)與工程學(xué)院聲學(xué)研究所李勇、王旭教授團隊在手性保護的極端非對稱聲信息傳輸方面取得進展。研究團隊提出了一種手性保護與拓撲荷守恒的極端非對稱聲信息傳輸方法，并在強噪聲環(huán)境下展現(xiàn)出魯棒的傳輸能力。該方法利用徑向模態(tài)自由度，克服了傳統(tǒng)角向調(diào)制方式導(dǎo)致的手性破壞與通道串?dāng)_問題，相關(guān)成果以“Chirality-Protected Extreme Asymmetric Acoustic Information Transport with Noise Immunity”為題，發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

非對稱傳輸是保障信息安全與系統(tǒng)魯棒性的重要物理機制，但現(xiàn)有方案往往通過角向調(diào)制等方式引入外部動量，從而破壞渦旋波的手性，造成信號失真與通道串?dāng)_。研究團隊利用徑向模態(tài)自由度，通過軸向調(diào)制的聲學(xué)超構(gòu)材料驅(qū)動渦旋聲波徑向模態(tài)單向演化，實現(xiàn)了正向透射、反向完全隔離的極端非對稱傳輸特性（圖1）。

圖1、手性保護的非對稱聲能量傳輸機理

在信息傳輸驗證中，研究團隊將圖像像素化并編碼到不同手性的渦旋波中。實驗結(jié)果表明，該方法能有效避免不同拓撲荷通道間的串?dāng)_，確保信息完整傳輸。當(dāng)信號處于強噪聲干擾下時，系統(tǒng)在信噪比低至-25 dB的條件下仍可成功重構(gòu)原始圖像（圖2），充分展示了優(yōu)異的抗干擾性能。

圖2、噪聲免疫的手性保護信息傳輸

研究結(jié)果表明，徑向模態(tài)調(diào)控不僅實現(xiàn)了手性與拓撲荷保護，并將非目標(biāo)模態(tài)轉(zhuǎn)化為倏逝波予以濾除，從而保障信息在強干擾環(huán)境下的穩(wěn)定傳輸。該方法為未來的水下遠距離通信、航空發(fā)動機噪聲控制及高容量聲通信等應(yīng)用開辟了新路徑。

同濟大學(xué)為論文唯一完成單位。博士研究生王泉森、碩士研究生劉春為論文共同第一作者，王旭教授與李勇教授為論文共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、中央高校青年教師科研創(chuàng)新能力支持項目、國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃及小米青年人才項目等資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63557-1