Cada região na camada de entrada é atribuída com um operador lógico específico ou um estado lógico de entrada, e tem dois estados diferentes para a transmissão da luz. Isso é, a camada de entrada pode codificar espacialmente a onda plana de entrada para uma operação lógica óptica específica, simplesmente definindo o estado de transmitância de cada região. As camadas ocultas, composto de metassuperfícies, são projetados para decodificar a luz de entrada codificada e gerar um estado lógico óptico de saída. Em outras palavras, a metassuperfície espalha direcionalmente a luz codificada em uma das duas pequenas regiões designadas na camada de saída. Crédito:por Chao Qian, Xiao Lin, Xiaobin Lin, Jian Xu, Yang Sun, Erping Li, Baile Zhang, e Hongsheng Chen
As operações lógicas ópticas despertaram grande interesse na última década, uma vez que podem permitir muitas aplicações, particularmente aqueles que envolvem processamento de dados de alto rendimento e em tempo real, como comunicação sem fio segura e direção autônoma. Contudo, as portas lógicas ópticas relatadas dependem fortemente do controle preciso da luz de entrada / luz da bomba, incluindo a fase, polarização, e amplitude. Devido à complexidade e dificuldade desses controles precisos, os dois estados de saída podem sofrer de uma instabilidade inerente e uma baixa taxa de contraste de intensidade. Além disso, a miniaturização de portas lógicas ópticas torna-se difícil se o aparato extra volumoso para esses controles for considerado. Como tal, é desejável, embora desafiador, para se livrar desses controles complicados e para obter funcionalidade lógica completa em um sistema fotônico compacto.
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , cientistas do Centro Interdisciplinar de Informação Quântica, Universidade de Zhejiang, China, e colegas de trabalho introduziram uma estratégia de design simples, porém universal, ou seja, redes neurais difrativas, para realizar todas as sete operações lógicas ópticas básicas dentro do mesmo sistema compacto, simplesmente usando uma onda plana como sinal de entrada. A rede neural difrativa é implementada por uma metassuperfície composta de Huygens, e pode simular parcialmente a funcionalidade de uma rede neural artificial. Após o treinamento, a metassuperfície composta pode espalhar ou focar direcionalmente a luz codificada de entrada em uma das duas pequenas áreas / pontos designados, um dos quais representa o estado lógico '1' e o outro '0'. Como uma demonstração conceitual, três portas lógicas básicas, ou seja, NÃO, OU, e e, são verificados experimentalmente usando uma metassuperfície dielétrica de alta eficiência de duas camadas no comprimento de onda de microondas.
Comparado com trabalhos anteriores, esta estratégia de design apresenta duas vantagens distintas. Primeiro, a realização de operações lógicas ópticas aqui se livra do controle complicado e preciso dos recursos da luz de entrada; tal esquema é, portanto, totalmente diferente de trabalhos anteriores. Além disso, o design da camada de entrada é muito geral e poderoso, e pode ser modificado de forma flexível em outras formas programáveis e preferidas pelo usuário. Segundo, a estratégia proposta pode permitir funcionalidades lógicas completas em uma única rede óptica, se o estado de transmitância da camada de entrada for simplesmente sintonizável, por exemplo., eletricamente sintonizável se a máscara óptica for construída por um modulador de luz espacial. Portanto, a estratégia de design universal revelada tem o potencial de facilitar um único processador fotônico programável miniaturizado para operações lógicas arbitrárias.
Os cientistas acreditam que as portas lógicas ópticas com recursos completos permitem um grande passo para a miniaturização, alta densidade de computação e elementos de computação ultrarrápidos, prometido por circuitos nanofotônicos e metaestruturas. Além disso, a abordagem proposta também levará a um amplo escopo de aplicações, como reconhecimento de objetos em tempo real em sistemas de vigilância, e formação de onda inteligente dentro de tecidos biológicos em imagens de microscópio.
