Quando illuminato da onde elettromagnetiche, le particelle a scala di lunghezza d'onda delle metasuperfici possono accoppiare l'energia incidente allo spazio libero con ampiezza controllabile, fase e polarizzazioni, in modo tale che l'onda trasmessa possa essere manipolata in modo flessibile con funzionalità predefinite. Negli ultimi anni, i rapidi sviluppi delle metasuperfici digitali e informative hanno stimolato molte applicazioni di elaborazione delle informazioni, come l'imaging computazionale, comunicazioni senza fili, ed eseguire operazioni matematiche. Con la crescente quantità di ricerche focalizzate sul tema dell'elaborazione delle informazioni con metasuperfici, è urgentemente necessaria una teoria generale per caratterizzare le proprietà delle metasuperfici dal punto di vista dell'informazione.

Recentemente, Il gruppo del Prof. Tie Jun Cui alla Southeast University (SEU) ha collaborato con il Prof. Lianlin Li alla Peking University (PKU), e ha riportato una svolta su questo argomento in Rassegna scientifica nazionale dal titolo "Teoria dell'informazione delle metasuperfici" (il primo autore è laureato, Haotian Wu). In questo lavoro, viene proposta una teoria dell'informazione generale della metasuperficie per analizzare la relazione tra l'informazione di una metasuperficie e il suo diagramma di radiazione in campo lontano.

Per analizzare la metasuperficie dal punto di vista informativo, gli scienziati hanno introdotto un modello di apertura generale per caratterizzare l'ampiezza e le risposte di fase della metasuperficie. Incorporando il modello di apertura generale della metasuperficie con relazione di incertezza nello spazio L2, gli scienziati hanno trovato un limite superiore di informazioni contenute nel diagramma di radiazione di una metasuperficie, e ha rivelato il limite superiore teorico degli stati di radiazione ortogonali che possono essere realizzati dalla metasuperficie. La teoria proposta fornisce anche una guida per la progettazione inversa della metasuperficie rispetto a determinate funzionalità. Vale a dire, una volta che il/i modello/i di radiazione richiesto/i è/sono specificato/i, la dimensione della metasuperficie deve essere maggiore del valore previsto dalla teoria proposta, altrimenti sarebbe impossibile realizzare il/i diagramma/i di radiazione richiesto, indipendentemente dalle strategie di progettazione adottate. Inoltre, attraverso lo studio delle informazioni delle metasuperfici modulate in fase disordinata, gli scienziati hanno scoperto l'invarianza delle informazioni (1-γ) dei modelli di radiazione caotici generati da metasuperfici disordinate. Il risultato indica che l'informazione di campo lontano dei modelli di radiazione modulati in fase disordinata è sempre uguale a 1-γ (γ è la costante di Eulero), che è indipendente dalle dimensioni della metasuperficie, il numero di elementi di metasuperficie, e gli schemi di fase.

Per verificare la teoria proposta, gli scienziati hanno prima analizzato le informazioni sui modelli di radiazione in campo lontano generati da più serie di campioni di metasuperficie con diverse modulazioni di ampiezza e fase. I risultati calcolati sono tutti delimitati dalla disuguaglianza fornita dalla teoria proposta. Inoltre, verificare l'invarianza informativa delle metasuperfici disordinate, hanno calcolato le informazioni dei modelli di campo lontano generati da più insiemi di campioni di metasuperfici modulati in fase disordinati:fasi di codifica digitale a 1 bit con ciascuna fase che assume uno dei valori di 0 e in modo casuale; Fasi di codifica digitale a 2 bit con ciascuna fase che assume uno dei valori di 0, /2, , e 3/2π a caso, e variabile di fase casuale continua descritta da una distribuzione di probabilità uniforme. I risultati calcolati dei modelli di radiazione speckle-like corrispondono perfettamente alla previsione teorica (1-γ), che dimostrano in modo convincente l'invarianza informativa dei pattern caotici del campo lontano.

"La teoria presentata stabilisce un quadro quantitativo per caratterizzare le capacità di elaborazione delle informazioni delle metasuperfici, che fornisce approfondimenti fisici più profondi nella comprensione della metasuperficie dal punto di vista delle informazioni, e offre nuovi approcci per facilitare l'analisi e la progettazione delle metasuperfici. I risultati di questa indagine sono generalmente applicabili in un'ampia gamma di spettri, che sarebbe utile per gettare le basi per future ricerche sul regime delle metasuperfici informative, "prevedono gli scienziati.