Cuando está iluminado por ondas electromagnéticas, Las partículas a escala de sub-longitud de onda de las metasuperficies pueden acoplar la energía incidente al espacio libre con amplitud controlable, fase y polarizaciones, de modo que la onda transmitida se pueda manipular de forma flexible con funcionalidades prediseñadas. En años recientes, Los rápidos desarrollos de las metasuperficies digitales y de la información han estimulado muchas aplicaciones de procesamiento de información. como imágenes computacionales, comunicaciones inalámbricas, y realizar operaciones matemáticas. Con la creciente cantidad de investigación centrada en el tema del procesamiento de información con metasuperficies, Se necesita urgentemente una teoría general para caracterizar las propiedades de las metasuperficies desde la perspectiva de la información.

Recientemente, El grupo del profesor Tie Jun Cui en la Universidad del Sureste (SEU) ha colaborado con el profesor Lianlin Li en la Universidad de Pekín (PKU), e informó de un gran avance sobre este tema en Revista Nacional de Ciencias titulado "Teoría de la información de las metasuperficies" (el primer autor es un estudiante de posgrado, Haotian Wu). En este trabajo, Se propone una teoría de la información general de la metasuperficie para analizar la relación entre la información de una metasuperficie y su patrón de radiación de campo lejano.

Analizar la metasuperficie desde la perspectiva de la información, los científicos introdujeron un modelo de apertura general para caracterizar las respuestas de amplitud y fase de la metasuperficie. Al incorporar el modelo de apertura general de la metasuperficie con relación de incertidumbre en el espacio L2, los científicos encontraron un límite superior de información contenida en el patrón de radiación de una metasuperficie, y reveló el límite superior teórico de los estados de radiación ortogonales que puede realizar la metasuperficie. La teoría propuesta también proporciona una guía para el diseño inverso de metasuperficie con respecto a funcionalidades dadas. Es decir, una vez que se especifican los patrones de radiación requeridos, el tamaño de la metasuperficie debe ser mayor que el valor predicho por la teoría propuesta, de lo contrario, sería imposible realizar los patrones de radiación requeridos, independientemente de las estrategias de diseño que se adopten. Además, a través de la investigación de la información de metasuperficies moduladas en fase desordenada, los científicos encontraron la invariancia de información (1-γ) de los patrones de radiación caóticos generados por metasuperficies desordenadas. El resultado indica que la información de campo lejano de los patrones de radiación modulados en fase desordenada es siempre igual a 1-γ (γ es la constante de Euler), que es independiente del tamaño de la metasuperficie, el número de elementos de la metasuperficie, y los patrones de fase.

Para verificar la teoría propuesta, Los científicos analizaron primero la información de los patrones de radiación de campo lejano generados por múltiples conjuntos de muestras de metasuperficie con diferentes modulaciones de amplitud y fase. Los resultados calculados están todos limitados por la desigualdad proporcionada por la teoría propuesta. Adicionalmente, para verificar la invariancia de información de metasuperficies desordenadas, calcularon la información de patrones de campo lejano generados por múltiples conjuntos de muestras de metasuperficie moduladas en fase desordenadas:fases de codificación digital de 1 bit con cada fase tomando uno de los valores de 0 y π aleatoriamente; Fases de codificación digital de 2 bits con cada fase tomando uno de los valores de 0, π / 2, π, y 3 / 2π aleatoriamente, y variable de fase aleatoria continua descrita por una distribución de probabilidad uniforme. Los resultados calculados de los patrones de radiación en forma de moteado coinciden perfectamente con la predicción teórica (1-γ), que demuestran de manera convincente la invariancia de información de los patrones caóticos de campo lejano.

"La teoría presentada establece un marco cuantitativo para caracterizar las capacidades de procesamiento de información de las metasuperficies, que proporciona conocimientos físicos más profundos para comprender la metasuperficie desde la perspectiva de la información, y ofrece nuevos enfoques para facilitar los análisis y diseños de metasuperficies. Los resultados de esta investigación son generalmente aplicables en una amplia gama de espectros, lo que sería útil para sentar las bases para futuras investigaciones sobre el régimen de las metasuperficies de información, "pronostican los científicos.