时空超表面的信息转换机制

从信息的角度分析了时空超表面，揭示并表征了两种关于群扩展和独立控制多重谐波的信息转移机制。还分析了这些机制的信息转换效率，可将其用于预测时空超颖表面的信道容量以进行无线通信。提出的框架和取得的成果将有助于为基于信息的时空超表面奠定基础。

由超快动态调制驱动的时空超表面为操纵电磁波的谐波模式和奇异的物理现象的产生开辟了新的可能性，例如色散消除，洛仑兹互易破坏和多普勒错觉。近年来，信息技术的飞速发展刺激了超表面的许多信息处理应用，包括计算成像，无线通信和执行数学运算。

随着越来越多的研究集中在具有超表面的信息处理这一主题上，迫切需要一个通用的理论来表征时空超表面的信息处理能力。在《光科学与应用》上发表的一篇新论文中，东南大学(SEU)的Tie Jun Cui教授的研究小组报告了该主题的突破。在这项工作中，提出并分析了时空超表面的信息转移机制，其中揭示了群谐波和多重谐波的独立控制，并将其表征为时空超表面的两种主要信息转移机制。

具体而言，可以采用组扩展机制将每个异原子的输出相态扩展q倍，其中q是调制周期，输入相态和谐波指数的函数。因此，时空超颖表面的输出光谱响应状态被大大扩展，从而可以在不增加超颖表面的设计复杂度的情况下获得对电磁信息的更精确的操纵。

此外，研究人员证明，还可以实现对时空超表面的光谱响应的独立控制。多重谐波的独立控制可以为基于超表面的多任务处理开辟新的可能性，通过这种方法，电磁信息可以通过带有频率间隔的通道进行独立处理。在微波状态下进行了概念验证实验，以验证时空超表面的群扩展和多次谐波的独立控制机制。

通过将所提出的模型与香农熵理论相结合，作者进一步发现了时空超颖表面相对于上述两种机制的信息转换效率。所得结果可用于预测时空超颖表面的信道容量，这将有助于指导无线通信的时空超颖表面的分析和设计。此外，他们证明时空超颖表面的输出光谱响应可以帮助证明费马小定理，这反过来可能会提供更多线索来理解时空超颖表面的无消失谱响应。

“提出的理论建立了一个定量框架来表征时空超颖表面的信息转换能力，这为从信息角度理解时空超颖表面提供了更深刻的物理见解，并提供了便于分析和设计的新方法。所提出的框架和所获得的结果，具有广泛的频谱适用性，将有助于为基于信息的时空超表面模式的未来研究奠定基础，并有望实现新的面向信息的应用，包括认知谐波波前工程，智能计算成像和第六代(6G)无线通讯。”科学家得出结论。

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