«Это как перепрограммируемый электромагнитно-пространственный компьютер, который обрабатывает сигналы прямо в волне, — пояснили авторы. — Результаты вычислений реализуются непосредственно посредством исходящей электромагнитной волны, без необходимости предварительного преобразования всего сигнала в цифровые данные для обработки стандартным процессором».

Метаповерхность — это сверхтонкий искусственный материал, покрытый микроскопическими элементами, которые управляют электромагнитными волнами. Разработанная учеными из Юго-Восточного университета метаповерхность с временным кодированием способна менять свои свойства не только в пространстве, но и во времени. Это позволяет связать последовательности временного кодирования с такими математическими операциями, как преобразование Фурье и свертка. Такую метаповерхность можно использовать в качестве вычислительной среды, сообщает Science Alert.

Две математические операции — преобразование Фурье и свертка — были выбраны потому, что представляют собой две наиболее фундаментальные операции в области обработки сигналов. Преобразование Фурье разбивает сложный сигнал на составляющие частоты — как если бы вы разбили аккорд на ноты. Свертка — операция, которая ищет внутри сигнала определенный паттерн. Обе операции можно реализовать на одной метаповерхности, меняя временную последовательность управления.

«Полученные волновые компоненты затем когерентно складываются, формируя в выходной электромагнитной волне результат преобразования Фурье или свертки. В этом смысле ключевая операция умножения и суммирования выполняется физически и одномоментно, а не вычисляется цифровым процессором по точкам», — говорится в исследовании.

Команда протестировала систему в различных условиях — и в лаборатории, и на открытом воздухе. И установила, что метаповерхность способна точно выполнять обе операции в режиме реального времени.

Когда система получала смоделированный радиолокационный сигнал, отраженный от цели, движущейся со скоростью 200 м/с, система определила скорость как 201 м/с при использовании 500 точек выборки и 199,5 м/с — при 1000 точках. Для дальности цели от 4 до 28 км ошибка оставалась в пределах 300-метрового разрешения системы.

При этом переключение между операциями происходит без изменения аппаратуры — просто загрузкой другой временной последовательности.

Следующей задачей, за которую собираются взяться исследователи, станет повышение скорости модуляции поверхности при сохранении точности, стабильности и энергетической эффективности. Если это получится сделать, технологию можно будет начать применять в радиолокационных устройствах, включая 6G, спутниковую связь и автомобильные радары.

Китайские исследователи создали недавно программируемую метаповерхность, которая генерирует до 62 независимых голограмм одновременно, открывая путь к принципиально новым системам отображения, связи и отслеживания целей.