近日，我院杨辉副教授、景辉教授等在光学模拟运算研究方面取得新进展，提出了“超构表面矢量模拟运算”的全新理念，相关成果以“Vector Analogue Computing via On-demand Metasurface Dispersive Polarization Transformation”为题发表于Science Advances期刊。（论文连接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz5123）

随着我们步入信息时代，对海量数据处理不断增长的需求促使人们不断探索当前数字计算模式的高速、低能耗替代方案。在此背景下，基于超构表面的光学模拟运算应运而生。它具有高吞吐量的并行处理能力，能耗极低且速度极快，可以有效克服电子模拟运算存在的一系列局限，而且其平面化构型可以完美契合光子器件小型化和集成化的趋势。然而，现有的平台主要侧重于基于光强度的标量运算，这种计算对环境干扰高度敏感，并且主要局限于单个或一些基本的运算，这归因于输入和输出信号之间固定的数值关系。

图1.标量与矢量模拟运算对比以及超构表面偏振矢量模拟运算示意图。

研究团队提出了超构表面矢量模拟运算的光学模拟运算新理念，可以有效克服光学标量运算存在的一系列局限。以偏振作为信息载体的矢量模拟运算，具备较强的抗干扰能力。并且，其输入和输出偏振之间存在变化的映射关系，这使得其能够实现更为复杂的数学模拟运算。基于单层超构表面，研究团队展示了一般化的逻辑门操作，以及三角函数和欧拉公式等复杂数学函数运算（如图1所示）。矢量模拟运算分别以偏振矢量和超构表面作为信息和物理载体，有效克服了当今光学模拟计算面临的一系列局限，开启了光学模拟计算新范式。

论文第一作者为湖南师范大学杨辉副教授，湖南师范大学为论文的第一通讯单位。共同通讯作者为湖南师范大学的景辉教授、湖南大学胡跃强副教授和段辉高教授。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省揭榜挂帅项目、湖南省科技创新领军人才项目和湖南省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adz5123 

论文报道：https://mp.weixin.qq.com/s/2Ld0UjIFswCtqz7_MFOctA 

一审：杨辉

二审：何海蓉

三审：廖洁桥