Учёные разработали поверхность, выполняющую вычисления с помощью света
Исследователи из Юго-Восточного университета Китая представили инновационную метаповерхность, которая может выполнять вычисления непосредственно в процессе распространения радиоволн. Это решение позволяет обрабатывать сигналы без необходимости полной цифровой оцифровки на традиционном процессоре. Результаты вычислений формируются в электромагнитной волне, исходящей от поверхности. Об этом сообщает портал Science XXI.
Разработка основана на искусственно созданной поверхности с микроструктурами, которые могут управляемо изменять параметры электромагнитного излучения. Она может быть перепрограммирована электронным способом, изменяя воздействие на радиоволну в пространстве и времени. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В ходе работы учёные использовали метаповерхность для выполнения базовых операций обработки сигналов, таких как преобразование Фурье и свёртка. Преобразование Фурье помогает выделять компоненты сигнала, а свёртка позволяет находить заданные шаблоны. Эти операции важны в радиолокации, например, для определения скорости и расстояния до объектов.
Для смены задач исследователям не потребовалось менять оборудование; достаточно было задать новый временной код, управляющий работой метаповерхности. Когда радиосигнал попадает на поверхность, его компоненты изменяются и объединяются, что позволяет выполнять вычисления физически, а не поэтапно с помощью цифрового процессора.
Система была протестирована как в лабораторных условиях, так и на открытом воздухе при многолучевом распространении сигнала и помехах. При имитации радиолокационного отражения от объекта, движущегося со скоростью 200 м/с, устройство показало значения 201 м/с при 500 точках выборки и 199,5 м/с при 1 000 точках. При моделировании целей на расстоянии от 4 до 28 км погрешность не превышала разрешения системы в 300 м.
Обычная электроника остаётся необходимой для создания и загрузки временных кодов, управления метаповерхностью, синхронизации и вывода результатов. В будущем эта технология может упростить процесс обработки радиочастотных сигналов и снизить зависимость от высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей и цифровых процессоров. Следующим шагом станет повышение скорости модуляции при сохранении точности, устойчивости работы и энергоэффективности; возможные области применения включают радиолокацию, связь 6G, спутниковые системы и автомобильные радары.
