來(lái)源：中國科技網(wǎng)-科技日報

[導讀] 美國科學(xué)家最近就模擬出了超材料計算器，有望被用來(lái)執行復雜的數學(xué)運算，從而快速處理圖形圖像。

原標題：美用超材料設計首個(gè)使光彎曲的計算器

  可用于執行圖像檢索等任務(wù)

   科技日報訊 據英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站近日報道，提起超材料，首先映入我們腦海中的就是“哈利波特式的隱身斗篷”，但科學(xué)家們可謂是世界上最能物盡其用的一群人。這不，美國科學(xué)家最近就模擬出了超材料計算器，有望被用來(lái)執行復雜的數學(xué)運算，從而快速處理圖形圖像。相關(guān)研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

   超材料是具有奇異光學(xué)性能的人工復合材料，它能夠彎曲、散射、傳輸電磁輻射，甚至讓電磁輻射以特定路徑傳播，而自然材料完全無(wú)法做到這些。從原理上來(lái)說(shuō)，超材料通過(guò)讓光線(xiàn)在遇到物體時(shí)“繞道而走”原理，從而使物體不可見(jiàn)。最近幾年，隨著(zhù)科學(xué)家們在超材料領(lǐng)域的研究不斷取得突破，各式各樣能對光進(jìn)行操控的工具也層出不窮。

  賓夕法尼亞大學(xué)教授納德•恩赫塔和同事并不滿(mǎn)足于用超材料來(lái)制造“隱形斗篷”，他們決定利用已經(jīng)過(guò)時(shí)的模擬計算理念，為超材料找到其他新用途。

  目前的數字計算機建立在電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)和關(guān)的基礎上，但其“前輩”模擬計算機則基于不同的電子或力學(xué)屬性來(lái)工作。對數計算尺就是一個(gè)例證，其是一個(gè)模擬計算機，在上世紀70年代前使用廣泛，之后被電子計算器取代，成為過(guò)時(shí)技術(shù)。

  模擬計算機的精度囿于當時(shí)所用材料的限制，例如，任何在計算時(shí)需要移動(dòng)的零件都受制于其能做得多小。但超材料主要依靠光來(lái)工作，因此沒(méi)有這種限制。恩赫塔團隊模擬了一種擁有求導和積分等計算功能的超材料（由硅和摻雜鋁的氧化鋅精確地逐層交替組成）以及其他基本的超材料工具。

  這種超材料計算機之所以能工作，是因為光波能在空間中畫(huà)出數學(xué)曲線(xiàn)。在計算中，求導描述的是曲線(xiàn)在不同點(diǎn)的斜率；而積分則表示的是這些曲線(xiàn)所包圍的面積，該模擬計算機通過(guò)改變光波的輪廓來(lái)執行這些數學(xué)計算。例如，如果朝超材料照射一束光（描述y=x2這樣的拋物線(xiàn)）計算求導，另一邊出來(lái)的光的輪廓描述的就是可用y=2x描述的一條直線(xiàn)。

  接下來(lái)，他們計劃制造出這種超材料，以進(jìn)一步測試這一概念。如果其能工作，那么，從理論上而言，其能被整合進(jìn)相機透鏡內以執行包括模式識別等在內的圖像處理任務(wù)。目前這種任務(wù)由一塊普通的計算芯片對像素進(jìn)行逐個(gè)檢測來(lái)完成，但由超材料制成的模擬計算機則能即刻處理完整圖像。

  “最新實(shí)驗為超材料開(kāi)辟了新的研究方向。”英國帝國理工學(xué)院的約翰•彭德瑞表示，“除此之外，這種設備也能用來(lái)執行其他計算。”（劉霞）