Світло замість процесора: вчені створили поверхню, що обчислює сама

Група китайських інженерів із Південно-Східного університету представила технологію, яка дозволяє виконувати складні обчислення безпосередньо під час поширення радіохвиль. Замість традиційного перетворення сигналу в цифрову форму, спеціально запрограмована поверхня обробляє інформацію у фізичному вигляді. Результати роботи опубліковані у журналі Nature Communications.

Класичний підхід потребує перетворення електромагнітного сигналу в електричний і подальшої оцифровки, після чого дані опрацьовуються процесором. Автори розробки — інженери Цзюнь Янь Дай, Цян Чен та Те Цзюнь Цуй — пропонують інший шлях. Вони створили перепрограмовану метаповерхню: ультратонку структуру з мікроскопічними елементами, які можуть динамічно змінювати напрямок, фазу та амплітуду хвиль. Завдяки цифровому кодуванню в часовій області ця поверхня працює як «електромагнітний комп'ютер», що обробляє дані в процесі поширення хвиль.

Під час експериментів система виконала дві базові операції обробки сигналів: перетворення Фур'є та згортку. Перша розкладає сигнал на складники — як музичний акорд на окремі ноти, — що дозволяє обчислювати доплерівський зсув і визначати швидкість рухомих об'єктів. Друга допомагає знаходити закономірності, що використовується в радарах для вимірювання відстані до цілей.

Головна перевага технології — гнучкість: для зміни режиму роботи не потрібно міняти обладнання, достатньо оновити послідовність часового кодування. У польових випробуваннях метаповерхня показала високу точність. Зокрема, обробляючи змодельований ехо-сигнал від цілі, що рухалася зі швидкістю 200 метрів за секунду, система видала значення 201 метр за секунду при 500 точках дискретизації. Вимірювання відстані до об'єктів на дистанції від 4 до 28 кілометрів також вкладалися в допустиму похибку.

Розробники зазначають, що технологія не повністю замінює традиційну електроніку — вона все ще потрібна для генерації кодів, синхронізації та відображення даних. Однак новий підхід суттєво спрощує ланцюжок обробки сигналів і зменшує залежність від високошвидкісних аналого-цифрових перетворювачів.

У перспективі такі платформи можуть застосовуватися в автомобільних радарах, супутникових системах зв'язку та мережах шостого покоління 6G.