运用WiFi波进行核算

为了描绘他们根据微波的模仿核算办法，研讨人员结构了一个用于模仿房子或许作业楼里的小房间的金属盒，一个橘色的金属超外表阵列让WiFi波在房间中反射，遍及房间的四个天线来记载核算的效果。（图片来历：P. del Hougne and G. Lerosey, Phys. Rev. X (2018)）

大部分的核算机用数字信息1和0来运转核算，可是也可以用接连的（或模仿的）信息来核算，例如电路中的电压或是光波的振幅。根据波的模仿核算的试验标明，由于WiFi波会随机在墙壁上反弹，你的作业室或是房间可以作为WiFi波处理器，经过增加一个反射阵列来重塑微波，咱们就能得到想要的效果。再经过在进行更深化的优化，研讨人员料想这种模仿处理器的处理速度更快，并比现有的数字机器耗费更少的动力。

一些前期的电子核算机是模仿核算器，可是数字核算机却展现出愈加灵敏和准确的特色。可是仍然有一些使命，像矩阵运算和图画处理，模仿核算的速度可以比其相应的数字核算更快。最近，研讨人员对模仿核算的爱好从头聚集于超资料（metamaterials）上，一种可以操控光波的传达道路的结构。其原理是，运用入射波的振幅或是相位对信息进行编码，而超资料将入射波散射并让它们相互发生干与来处理信息。终究核算的效果编码于发生的新波中。而困难则在于结构一种超资料，能完结希望的散射作用。这样的设备也存在不行再编程化的缺陷。

来自劳厄-朗之万研讨所（Langevin Institute）的Philipp del Hougne和惠外科技公司（company Greenerwave）的Geoffroy Lerosey在巴黎一同想出来一个不同的办法。与其用工程化的资料来处理入射波，他们提议先对波进行整合，然后运用凌乱的资料来散射，或许说是“混合”微波。del Hougne 解释道，编程光———便是咱们熟知的波形整合，比构建一个高精度的超资料更简单完结。并且这个体系是可再编程化的，用户可以从头更改微波批改的指令。

为了展现他们的办法的可行性，研讨人员在一个带有几个家具结构的一米宽的金属箱子里设置了WiFi网络。研讨人员运用4个现成的WiFi天线，把整个空间里都充溢微波，并作为丈量输出信号的接收器。

研讨团队运用安装在两个墙上的由88块反射器构成的阵列（超外表），对波形进行了整合。他们让反射器在两个不同的状况间切换，一个不改变反射波的相位，另一个使反射波发生180°的相移（phase shift）。

作为初始进程，在WiFi发射器都发送相同的规范输入信号下，研讨人员记载下各样的超外表装备的输出。这个进程能让他们将波在盒子里的杂乱散射进程特征化，然后对超外表进行编程来运转多样的线性运算，这常常用于科学数据处理和人工神经网络中。例如，他们进行了一个四元傅里叶变换，将4个数据组成的字符串转化为相应的频谱，比方（1，0，0，1）对应（0.9，0.3，-0.3，0.3）。体系返回了正确的效果，并且只要3.8%的错误率。

这种模仿核算的速度是很快的，由于傅里叶变换和其他恣意的线性运算是一次完结的，而数字核算机一般需求运转4*4=16次（4次输入4次输出）。可是发动进程是耗时的，高额的经费让这种四元的根据波的运算技能远没有竞赛力。研讨团队估测要将体系扩充到30个输入元才干使其与当时的千兆赫数字核算机核算速度相同。研讨人员一起研讨了动力耗费，并估量体系一旦优化，他们的体系将具有比数字核算机低百倍的能耗。

来自马里兰大学帕克分校（University of Maryland, College Park）的波控专家（wave-control）Steven Anlage说：“运用“混沌波”来核算是个令人激动的肯定值得探寻的主意。“他说del Hougne和Lerosey的作业建立在之前运用波形整合和杂乱散射介质聚集光线的尽力效果上。Anlage以为，团队的聪明之处在于引入了可调理的超外表，用于引导散射波进行模仿核算。来自意大利萨尼奥大学（the University of Sannio）的模仿核算的研讨人员Vincenzo Galdi以为这个新的根据波的核算办法是可行的。他不确定这是否可以和数字核算相竞赛，”但在速度和动力功率方面的估量标明，它具有非常大的潜力“，他说。

这项研讨被宣布在《物理谈论X》上。

翻译：王麟涛

初审：郝豪

复审：张哲

作者：Michael Schirber（法国里昂物理学的通讯修改）

引入来历：美国物理学会

本文来自：举世科学