Ad ogni regione al livello di ingresso è assegnato un operatore logico specifico o uno stato logico di ingresso, e ha due diversi stati per la trasmissione della luce. Questo è, lo strato di input può codificare spazialmente l'onda piana di input per una specifica operazione di logica ottica, semplicemente impostando lo stato di trasmittanza di ciascuna regione. Gli strati nascosti, composto da metasuperfici, sono progettati per decodificare la luce di ingresso codificata e generare uno stato logico ottico in uscita. In altre parole, la metasuperficie disperde direzionalmente la luce codificata in una delle due piccole regioni designate nello strato di output Credito:di Chao Qian, Xiao Lin, Xiaobin Lin, Jian Xu, Yang Sole, Erping Li, Baile Zhang, e Hongsheng Chen
Le operazioni logiche ottiche hanno suscitato grande interesse negli ultimi dieci anni poiché possono consentire molte applicazioni, in particolare quelli che coinvolgono l'elaborazione di dati ad alta velocità e al volo come la comunicazione wireless protetta e la guida autonoma. Però, le porte logiche ottiche riportate si basano molto sul controllo preciso della luce in ingresso/luce della pompa, compresa la fase, polarizzazione, e ampiezza. A causa della complessità e della difficoltà di questi controlli precisi, i due stati di uscita possono soffrire di un'instabilità intrinseca e di un basso rapporto di contrasto di intensità. Inoltre, la miniaturizzazione delle porte logiche ottiche diventa difficile se si considera l'apparato extra ingombrante per questi controlli. Come tale, è desiderabile, seppur impegnativo, per sbarazzarsi di questi complicati controlli e per ottenere la piena funzionalità logica in un sistema fotonico compatto.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , scienziati del Centro interdisciplinare per l'informazione quantistica, Università di Zhejiang, Cina, e i colleghi hanno introdotto una strategia di progettazione semplice ma universale, vale a dire reti neurali diffrattive, per realizzare tutte e sette le operazioni di logica ottica di base all'interno dello stesso sistema compatto, semplicemente usando un'onda piana come segnale di ingresso. La rete neurale diffrattiva è implementata da una metasuperficie composta di Huygens, e può imitare parzialmente la funzionalità di una rete neurale artificiale. Dopo l'allenamento, la metasuperficie composta può direzionalmente disperdere o focalizzare la luce codificata in ingresso in una delle due piccole aree/punti designati, uno dei quali rappresenta lo stato logico '1' e l'altro '0'. Come dimostrazione concettuale, tre porte logiche di base, cioè., NON, O, e e, sono verificati sperimentalmente utilizzando una metasuperficie dielettrica a due strati ad alta efficienza alla lunghezza d'onda delle microonde.
Rispetto ai lavori precedenti, questa strategia di progettazione presenta due vantaggi distinti. Primo, la realizzazione di operazioni logiche ottiche elimina qui il complicato e preciso controllo delle caratteristiche della luce in ingresso; tale schema è quindi totalmente diverso dai lavori precedenti. Inoltre, il design del livello di input è molto generale e potente, e può essere modificato in modo flessibile in altre forme programmabili e preferite dall'utente. Secondo, la strategia proposta può abilitare funzionalità logiche complete in un'unica rete ottica, se lo stato di trasmittanza del livello di input è semplicemente sintonizzabile, per esempio., sintonizzabile elettricamente se la maschera ottica è costruita da un modulatore spaziale di luce. Perciò, la strategia di progettazione universale rivelata ha il potenziale per facilitare un singolo processore fotonico programmabile miniaturizzato per operazioni logiche arbitrarie.
Gli scienziati ritengono che le porte logiche ottiche complete consentano un grande passo avanti per un'ulteriore miniaturizzazione, alta densità di calcolo ed elementi di calcolo ultraveloci, promessi da circuiti e meta-strutture nanofotonici. Oltre a questo, l'approccio proposto porterà anche a un ampio campo di applicazione, come il riconoscimento di oggetti in tempo reale nei sistemi di sorveglianza, e la modellazione intelligente delle onde all'interno dei tessuti biologici nell'imaging al microscopio.
