(a) Um conjunto de locais de medição no espaço k. (b) Distribuições teóricas de intensidade dos pontos de medição. (c, d) Uma amostra do padrão de fase desordenada de 1 bit da metassuperfície e a distribuição de intensidade do campo distante gerado. (e) Resultados teóricos e calculados de I2 (informação do padrão de radiação) com respeito aos diferentes tamanhos e padrões de fase das metassuperfícies. (f, g) Uma amostra do padrão de fase desordenada de 2 bits da metassuperfície e a distribuição de intensidade do campo distante gerado. (h) Resultados teóricos e calculados de I2 com respeito a diferentes tamanhos e padrões de fase de metassuperfícies. (eu, j) Uma amostra do padrão de fase desordenada contínua da metassuperfície e a distribuição de intensidade do campo distante gerado. (k) Resultados teóricos e calculados de I2 com respeito a diferentes tamanhos e padrões de fase de metassuperfícies. Crédito:© Science China Press
Quando iluminado por ondas eletromagnéticas, partículas em escala de comprimento de onda de metassuperfícies podem acoplar a energia incidente ao espaço livre com amplitude controlável, fase e polarizações, de forma que a onda transmitida possa ser manipulada de forma flexível com funcionalidades predefinidas. Nos últimos anos, o rápido desenvolvimento de metassuperfícies digitais e de informação estimularam muitas aplicações de processamento de informação, como imagens computacionais, comunicações sem fio, e realizar operações matemáticas. Com o crescente número de pesquisas focadas no tema do processamento de informações com metassuperfícies, uma teoria geral para caracterizar as propriedades das metassuperfícies da perspectiva da informação é urgentemente necessária.
Recentemente, O grupo do Prof. Tie Jun Cui na Southeast University (SEU) colaborou com o Prof. Lianlin Li na Peking University (PKU), e relatou um avanço neste tópico em National Science Review intitulado "Teoria da informação das metassuperfícies" (o primeiro autor é um estudante de graduação, Haotian Wu). Nesse trabalho, uma teoria geral da informação da metassuperfície é proposta para analisar a relação entre a informação de uma metassuperfície e seu padrão de radiação de campo distante.
Para analisar a metassuperfície da perspectiva da informação, os cientistas introduziram um modelo de abertura geral para caracterizar a amplitude e as respostas de fase da metassuperfície. Ao incorporar o modelo de abertura geral da metassuperfície com relação de incerteza no espaço L2, os cientistas encontraram um limite superior de informações contidas no padrão de radiação de uma metassuperfície, e revelou o limite superior teórico dos estados ortogonais de radiação que podem ser realizados pela metassuperfície. A teoria proposta também fornece orientação para o projeto inverso da metassuperfície em relação a determinadas funcionalidades. Quer dizer, uma vez que o (s) padrão (ões) de radiação necessário (s) é / são especificados, o tamanho da metassuperfície deve ser maior do que o valor previsto pela teoria proposta, caso contrário, seria impossível realizar o (s) padrão (ões) de radiação necessário (s), independentemente das estratégias de projeto adotadas. Além disso, através da investigação da informação de metassuperfícies moduladas em fase desordenada, os cientistas descobriram a invariância de informação (1-γ) de padrões de radiação caóticos gerados por metassuperfícies desordenadas. O resultado indica que a informação de campo distante dos padrões de radiação modulada de fase desordenada é sempre igual a 1-γ (γ é a constante de Euler), que é independente do tamanho da metassuperfície, o número de elementos de metassuperfície, e os padrões de fase.
Para verificar a teoria proposta, os cientistas primeiro analisaram as informações dos padrões de radiação de campo distante gerados por vários conjuntos de amostras de metassuperfície com diferentes modulações de amplitude e fase. Os resultados calculados são todos limitados pela desigualdade fornecida pela teoria proposta. Adicionalmente, para verificar a invariância de informação de metassuperfícies desordenadas, eles calcularam a informação de padrões de campo distante gerados por múltiplos conjuntos de amostras desordenadas de metassuperfície modulada em fase:fases de codificação digital de 1 bit com cada fase assumindo um dos valores de 0 e π aleatoriamente; Fases de codificação digital de 2 bits com cada fase assumindo um dos valores de 0, π / 2, π, e 3 / 2π aleatoriamente, e variável de fase aleatória contínua descrita por uma distribuição de probabilidade uniforme. Os resultados calculados dos padrões de radiação tipo mancha combinam com a previsão teórica (1-γ) perfeitamente, que demonstram de forma convincente a invariância de informação dos padrões caóticos de campo distante.
"A teoria apresentada estabelece uma estrutura quantitativa para caracterizar as capacidades de processamento de informações de metassuperfícies, que fornece insights físicos mais profundos na compreensão da metassuperfície da perspectiva da informação, e oferece novas abordagens para facilitar análises e projetos de metassuperfícies. Os resultados desta investigação são geralmente aplicáveis em uma ampla gama de espectros, o que seria útil para estabelecer as bases para pesquisas futuras sobre o regime de metassuperfícies de informação, "os cientistas previram.
