SPIE – Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku

Nová fotonická výpočetní metoda využívá elektromagnetické vlny k rychlému řešení parciálních diferenciálních rovnic. Jde o jeden z nejmocnějších nástrojů matematického modelování problémů reálného světa.

Tato inovativní struktura, známá jako metatronická síť, se chová jako efektivní mřížka T-obvodů. Úpravou rozměrů a permitivity (permitivita vyjadřuje schopnost materiálu odolávat elektrickému poli) dielektrických vložek vědci prokázali kontrolu nad parametry PDE. To síti umožňuje řešit různé problémy s hraničními hodnotami, jako je rozptyl EM vln a zaostřování světla.

Ve fyzice, matematice a inženýrství jsou parciální diferenciální rovnice (PDE) nezbytné pro modelování různých jevů. Od difúze tepla po pohyb částic a šíření vln.

Zatímco některé PDE lze řešit analyticky, mnohé vyžadují numerické metody, které mohou být časově a výpočetně náročné. Pro řešení těchto problémů vědci zkoumají alternativní výpočetní paradigmata, včetně fotonických výpočtů.

Vysokorychlostní výpočty

Fotonické výpočty využívají interakce světla a hmoty k provádění vysokorychlostních výpočtů. Nedávná studie z univerzity v Newcastlu, publikovaná v časopise Advanced Photonics Nexus, představuje nový přístup využívající elektromagnetické (EM) vlny k řešení PDE. Konkrétně Helmholtzovy vlnové rovnice.

Výzkumníci vyvinuli síť propojených vlnovodů vyplněných dielektrickými vložkami, která napodobuje chování tradičních obvodových prvků.

Doktor Victor Pacheco-Peña, odpovídající autor studie, zdůrazňuje potenciál těchto zařízení jako výpočtových akcelerátorů.

„Předpokládáme, že tato zařízení můžou být použité k vytváření rychlých přibližných řešení pro různé parciální diferenciální rovnice.“

Tento výzkum představuje významný krok vpřed v oblasti analogových výpočtů jako slibný způsob rychlého a efektivního řešení složitých rovnic.

Zdroje:  EurekAlert, SPIE, Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku, Advanced Photonics Nexus