A cada región en la capa de entrada se le asigna un operador lógico específico o un estado lógico de entrada, y tiene dos estados diferentes para la transmitancia de la luz. Es decir, la capa de entrada puede codificar espacialmente la onda del plano de entrada para una operación lógica óptica específica, simplemente configurando el estado de transmitancia de cada región. Las capas ocultas compuesto de metasuperficies, están diseñados para decodificar la luz de entrada codificada y generar un estado lógico óptico de salida. En otras palabras, la metasuperficie dispersa direccionalmente la luz codificada en una de las dos pequeñas regiones designadas en la capa de salida Crédito:por Chao Qian, Xiao Lin, Xiaobin Lin, Jian Xu, Yang Sun, Erping Li, Baile Zhang, y Hongsheng Chen
Las operaciones lógicas ópticas han despertado un gran interés en la última década, ya que pueden habilitar muchas aplicaciones, en particular los que implican un procesamiento de datos de alto rendimiento y sobre la marcha, como la comunicación inalámbrica segura y la conducción autónoma. Sin embargo, las puertas lógicas ópticas informadas dependen en gran medida del control preciso de la luz de entrada / luz de la bomba, incluida la fase, polarización, y amplitud. Debido a la complejidad y dificultad de estos controles precisos, los dos estados de salida pueden sufrir una inestabilidad inherente y una relación de intensidad de contraste baja. Es más, la miniaturización de las puertas lógicas ópticas se vuelve difícil si se considera el aparato extra voluminoso para estos controles. Como tal, Es deseable, aunque desafiante, para deshacerse de estos controles complicados y lograr una funcionalidad lógica completa en un sistema fotónico compacto.
En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , científicos del Centro Interdisciplinario de Información Cuántica, Universidad de Zhejiang, Porcelana, y compañeros de trabajo introdujeron una estrategia de diseño simple pero universal, a saber, redes neuronales difractivas, para realizar las siete operaciones lógicas ópticas básicas dentro del mismo sistema compacto, simplemente usando una onda plana como señal de entrada. La red neuronal difractiva se implementa mediante una metasuperficie compuesta de Huygens, y puede imitar parcialmente la funcionalidad de una red neuronal artificial. Después de entrenar, la metasuperficie compuesta puede dispersar direccionalmente o enfocar la luz codificada de entrada en una de las dos áreas / puntos pequeños designados, uno de los cuales representa el estado lógico '1' y el otro '0'. Como demostración conceptual, tres puertas lógicas básicas, es decir., NO, O, y y, se verifican experimentalmente utilizando una metasuperficie dieléctrica de alta eficiencia de dos capas a una longitud de onda de microondas.
Comparado con trabajos anteriores, esta estrategia de diseño presenta dos ventajas distintas. Primero, la realización de operaciones lógicas ópticas aquí elimina el control complicado y preciso de las características de la luz de entrada; Por tanto, tal esquema es totalmente diferente de los trabajos anteriores. Es más, el diseño de la capa de entrada es muy general y potente, y se puede modificar de forma flexible en otras formas programables y preferidas por el usuario. Segundo, la estrategia propuesta puede permitir funcionalidades lógicas completas en una sola red óptica, si el estado de transmitancia de la capa de entrada es simplemente sintonizable, p.ej., eléctricamente sintonizable si la máscara óptica está construida por un modulador de luz espacial. Por lo tanto, la estrategia de diseño universal revelada tiene el potencial de facilitar un solo procesador fotónico programable miniaturizado para operaciones lógicas arbitrarias.
Los científicos creen que las puertas lógicas ópticas con todas las funciones permiten un gran paso para miniaturizar aún más, alta densidad informática y elementos informáticos ultrarrápidos, prometido por los circuitos nanofotónicos y las metaestructuras. Más allá de eso, el enfoque propuesto también dará lugar a un amplio espectro de aplicaciones, como el reconocimiento de objetos en tiempo real en sistemas de vigilancia, y formación de ondas inteligente dentro de los tejidos biológicos en la obtención de imágenes de microscopio.
