讲座从一个看似简单、却十分根本的问题谈起：光学器件的功能，究竟由哪些因素决定？

在传统光学中，由于材料本身和材料的表面都是均匀的，因此这个问题的答案往往是材料自身的性质以及器件的宏观形状。但随着器件不断向小型化、集成化发展，表面/界面的作用愈发重要。王牧指出，微纳周期结构和超构表面的出现，正在改变这一逻辑——光学功能可以通过设计特定的亚波长平面结构“写入”器件之中。

通过在亚波长尺度上精确设计人工结构单元，人们已经可以在极薄的器件中对光的相位、振幅和偏振进行灵活调控。报告中，王牧重点介绍了介质超构表面的研究进展。相比金属结构，介质超构表面具有低损耗、高频宽等优势，更适合高保真光学操控。

“在这一尺度上，光与结构的相互作用产生了若干过去人们难以想象的奇特性质。“  王牧表示，正是这种相互作用，使得微纳结构不再只是光传播的载体，而在相互作用中深刻影响着光的振幅、位相和偏振，逐渐成为调控光的性质的新手段。这一理念的转变，是微纳光学近年来快速发展的关键所在。

在此基础上，报告引入量子信息领域。王牧指出，量子纠缠是量子通信和量子计算的核心资源，而贝尔态的产生与调控是量子密钥分发等关键技术的基础。传统量子光学系统依赖多种体块光学元件，结构复杂、体积庞大，难以满足量子网络向小型化和高集成度发展的需求。

近年来，能够在平面尺度上精确调控光场的超构表面，为集成化量子光学提供了新的思路。王牧团队提出并验证了一种基于单块超构表面实现纠缠态调控的新机制，仅利用百微米量级的超构表面，即可实现多种贝尔态的构建与分发，为量子网络的集成化发展提供了可行路径。

与此同时，传统偏振调控体系也面临着突出的瓶颈：在经典 Jones 矩阵框架下，完全偏振的相干光与线性器件作用分别可用二维复矢量和 2×2 Jones 矩阵描述；因此偏振只有二维自由度，仅靠不断增加偏振通道并不能持续提升信息容量。

围绕这一问题，王牧团队提出了一种新的思路：通过微纳结构设计，有意引入可控的“工程化噪声”，利用非理想但可设计的统计/混合响应，突破“纯Jones矩阵描述”下的容量上限。

王牧指出，噪声通常被视为不利因素，但若对光学响应进行精确调控，噪声反而可转化为提升信息承载能力的手段，为高容量光学显示、信息加密和数据存储提供新范式。该思路还可与空间、角动量和波长等复用方式结合，进一步拓展应用潜力，面向光通信、光计算、光传感以及 AR/VR 等领域。

“这里的关键不是简单地增加结构复杂度，而是重新理解偏振作为信息载体的方式。”王牧强调，传统物理体系往往追求精确和严格解，并希望尽可能地消除噪音。但是在实际应用体系中，噪音反而可能转化为新的调控手段。这一思路，也让听众对偏振的应用有了新的认识。