超材料起源于物理领域，核心思想是通过构建人工微结构来控制电磁波。自然材料的分子、原子层面很难控制，但通过人工原子的构造，原则上可以实现很多自然界不能实现的功能。但传统超材料的问题在于，人工微结构一旦设计完成其电磁性能也随之固定，很难进行实时调控。

  从超材料到信息超材料：一场电磁波的可编程革命

  为了改变这一局面，我们在2014年提出了数字编码和可编程超材料的理念，把超材料的基本属性定义为“0”和“1”两个可切换、物理性能相反的状态，并通过半导体器件进行实时控制。当空间中的“0”和“1”单元采用不同的编码排列时，可对电磁波进行不同的功能调控。虽然只有两个基本状态，但随着人工原子数量增加，其排列方式海量增长，从而实现复杂的电磁功能。

  更重要的是，这些编码不仅是调控电磁功能的指令，“0”和“1”编码本身也是数字信息。因此，可编程超材料在实时控制电磁波的同时，也在调制数字信息。因此我们进一步把它推广为信息超材料，它把电磁波物理调控和数字信息调制融合到一起。后来，我们又把空间编码超材料进一步发展成时间编码和时空联合编码超材料，以对电磁场与波的全部特性进行更灵活的实时可编程调控和更高容量的信息进行处理。

  有了实时可编程能力，同一个超材料硬件平台，通过改变算法和编码，就可实现波束扫描、成像、目标定位等不同功能。这让我们联想到通用电子计算机：电子计算机通过二进制编码和存储程序实现可编程，而信息超材料同样使用二进制编码和FPGA存储，只不过它的功能发生在电磁空间。因此，我们也可把它理解为一种“电磁空间的计算机”。

  信息超材料已经在无线通信等领域得到应用。可重构、可编程的智能超表面能改变无线环境。与中国移动合作，我们曾在5G环境下利用它改善无线环境和提升通信速率，并在杭州亚运会和重庆市进行了规模化应用。除此之外，信息超材料把数字信息和电磁波射频融合起来，还可构建电磁信息论和新体制无线通信系统，减少传统通信系统中的数模转换等环节，使整个链路得到简化。

  类似的思路也可以应用到雷达。传统雷达通常把前端电磁波调控与后台信号处理分开，而信息超材料可把两者融合起来，在电磁空间直接产生、处理信号并调控波束，构建新体制雷达系统。同时，利用时空编码超材料不同频率分别承担无线通信和雷达感知的功能，实现通感一体化。

  AI×信息超材料：双向奔赴的智能未来

  AI与信息超材料不是简单的“加法”，而是在算法、数据、算力等多个层面的深度融合。我们很早就开始探索利用AI进行信息超材料的智能设计。信息超材料不仅需要设计人工原子本身，还要设计复杂的编码阵列，而后者具有非常庞大的解空间，传统方法优化起来需要耗费大量时间。

  最近，我们进一步构建了信息超材料生成式大模型。通过预训练的基础大模型和针对不同电磁功能的自适应适配器，可实现从人工原子到复杂超材料编码序列的自动设计。过去可能需要几个小时完成的优化迭代，利用生成式大模型可缩短至亚秒级，同时有能力产生此前没有发现的新型信息超材料。

  除了设计，另一个重要问题是数据。现有高质量数据主要来自实验测量和电磁仿真，往往需要大量的人工操作，费时费力。我们尝试利用大模型从已有论文的文字、图表和图片中提取物理模型，再通过仿真工具生成真正可以用于科学设计的数据，从而形成一条从论文到数据库的自动生成流程。目前这一方法还不是所有文献都能成功复现，成功率约为60%。

  AI可以服务于信息超材料，信息超材料的硬件智能同样可以促进AI的发展。我们利用实时可编程的数字编码超材料构建可编程AI计算硬件，让深度学习算法从软件算法转变为硬件平台。通过可编程地改变不同层的权重系数，同一个AI计算平台既能进行图像分类与识别，也可以实现目标定位、雷达成像和通信等功能，充分体现了电磁空间计算机的能力。

  同时，我们还探索了大语言模型与信息超材料的深度结合。今天的大语言模型主要工作在虚拟空间和数字空间，例如输入文字后生成文字和图片。但如果把大语言模型与信息超材料的机器智能结合，当人们提出“提高办公桌附近的信号覆盖”这类的要求时，大语言模型可以理解语义、调用相应的数字编码状态，让电磁波束真正指向目标区域。这样就可以把语义、决策和行动贯穿起来，实现对数字世界和电磁物理世界的同时操控。

  AI可以推动信息超材料的发展，信息超材料也能够为AI提供新的硬件和物理能力。我们希望通过信息超材料机器智能与人工智能的双向融合，能进一步推动科技创新和产业创新的融合发展。

  本文系东南大学毫米波国家重点实验室主任、中国科学院院士崔铁军在2026科学智能大会上的主旨分享，光明网记者肖春芳、霍宇晗（实习）整理