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工程师创建了可以使用光和波进行计算的纳米光子结构

由于控制电磁波的超材料,模拟计算可能会重新获得生命。从研究者宾夕法尼亚大学(宾夕法尼亚大学)开发了一种超材料,其微小的结构,操纵光解决数学方程。

“光子演算”将参数编码为电磁波的属性。一旦波通过超材料,纳米结构就会改变其性质。

修改后的电磁波用作基于光的计算过程的输出。它带有一个积分方程的解。

UPenn研究人员最近通过进行概念验证实验介绍了他们的超材料设备。他们利用了微波的长波长来构建其宏观原型。

研究人员说,他们发现的相同原理可以应用于较短的光波。这意味着他们的设备可以缩小到微芯片的尺寸。

精制版的超材料设备可以用作模拟计算机,该计算机在光而不是电下运行。这些设备将比数字计算机更快地回答积分方程式,同时消耗更少的能量。(相关报道:研究显示,功能强大的锂空气电池可能很快会“将电池带入一个新的水平”。)

基于纳米技术的现代模拟计算

UPenn的研究人员Nader Engheta及其同事寻求使模拟计算现代化。2014年,他们在《科学》(Science)杂志上发布了有关光子微积分的初步建议。在其中,他们演示了超材料如何对穿过它的波的属性执行数学运算。他们最新的物理实验证实了他们的早期理论,并介绍了基于超材料的模拟计算机的实际应用。

恩格塔(Engheta)和他的团队用聚苯乙烯塑料建造了超材料设备。他们使用CNC铣床在介电材料上创建气孔网络。多孔的外观使该材料获得了“瑞士奶酪”的绰号。

预定介电材料中的中空区域的精确图案以解决具有给定核的积分方程。内核是指数学方程式的一部分,它描述了两个变量之间的关联。

电磁波的相位和幅度可用作方程式的任意输入。当波进入介电器件时,它被输入到预定方程式中。

例如,用户可能会被要求绘制音乐厅或类似空间的声音。为了回答这个问题,他将需要创建一个积分方程并输入数据以获得答案。

用户可以通过在介电超材料块中铣削图案来创建解决问题的内核。声音的来源以及房间的其他特征将用作输入,由等式的内核表示。

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