des-métamatériaux-équation-vitesse-de-la-lumière-
Des physiciens ont résolu une équation mathématique à la vitesse de la lumière en appliquant des ondes hyperfréquences sur un métamatériau – une grappe de formes inhabituelles présentées dans un motif soigneusement disposé.

Résoudre des équations complexes à la vitesse de la lumière

Nader Engheta, de l’Université de Pennsylvanie aux États-Unis, et ses collègues ont inventé ce métamatériau et l’ont utilisé pour résoudre une classe d’équations appelée «équations intégrales de Fredholm».
La collection de formes, que l’équipe a surnommée le fromage suisse, traite le rayonnement micro-ondes dans lequel des paramètres spécifiques ont été codés. Il propose ensuite une solution à une équation intégrale, également codée sur les propriétés hyperfréquences et comme cela se produit à la vitesse de la lumière, il est beaucoup plus rapide que les méthodes conventionnelles basées sur ordinateur, explique Engheta, dont les travaux sont publiés dans la revue Science.
Les équations intégrales de Fredholm ont de nombreuses utilisations. Par exemple, ils peuvent décrire comment la force du Wi-Fi varie à travers un bâtiment, calculer la théorie de la perturbation en mécanique quantique ou être appliquée à l’acoustique.
«Si vous essayez de planifier l’acoustique d’une salle de concert, vous pouvez écrire une équation intégrale dans laquelle les entrées représentent les sources du son, telles que la position des haut-parleurs ou des instruments, ainsi que la qualité de leur jeu», explique Engheta. .
«D’autres parties de l’équation représenteraient la géométrie de la pièce et le matériau dont ses murs sont constitués. Résoudre cette équation vous donnerait le volume à différents endroits de la salle de concert. ”
Il est possible de trouver des solutions aux différentes situations, telles que la présence de musiciens dans différents lieux ou la lecture de volumes différents, en modifiant les caractéristiques des micro-ondes d’entrée, par exemple, leur phase et leur amplitude.

Des configurations selon les équations

Chaque configuration des métamatériaux correspond à une seule équation: dans l’analogie de la salle de concert, une nouvelle configuration est nécessaire pour une salle de concerts de forme différente.
Pour faciliter la fabrication de cette expérience de validation de principe, Engheta a choisi de travailler avec des micro-ondes. Les métamatériaux sont construits à partir de formes et de trous d’échelle similaire à la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique. Dans le cas des micro-ondes, cela équivaut à environ quelques centimètres pour chaque composant, une balance facilement fabriquée en polystyrène avec une fraiseuse.
Maintenant que l’équipe a réussi avec les micro-ondes, elle envisage de passer aux longueurs d’onde infrarouges utilisées par les télécommunications par fibre optique. Le passage à des composants à l’échelle du micron rendra la fabrication plus difficile, et permettra aux composants d’être inclus sur une micropuce.
La taille réduite de 10 000 fois réduira également le temps nécessaire au système pour résoudre les équations, du temps de traitement actuel en nanosecondes à de simples picosecondes. Outre sa vitesse élevée, la lumière présente l’avantage que les ondes électromagnétiques se traversent sans interagir, ce qui permet de traiter plusieurs solutions en parallèle.
Engheta et son équipe ont déjà montré que les métamatériaux peuvent fonctionner comme des composants électriques tels que des résistances et des condensateurs, mais également effectuer des opérations mathématiques telles que la différenciation et l’intégration.

Des calculs photoniques

Il était donc naturel de les utiliser pour résoudre des équations, a déclaré un membre de l’équipe de projet, Brian Edwards, qu’il a appelé «calcul photonique». «Cette structure a été calculée grâce à un processus de calcul connu sous le nom de conception inverse, qui peut être utilisée pour trouver des formes qu’aucun humain ne penserait à essayer», dit-il.
L’équipe espère intégrer des métamatériaux pouvant être modifiés de manière dynamique pour résoudre toute une gamme d’équations. «Peut-être qu’à l’avenir, cela pourrait également conduire à une forme de matériel pouvant apprendre, basé sur une formation à partir des fonctions d’entrée et de sortie de ces métamatériaux», déclare Engheta.
Source : Cosmos Magazine
Crédit photo : Pixabay

Des métamatériaux résout des équations à la vitesse de lumièremartinPhysique
Des physiciens ont résolu une équation mathématique à la vitesse de la lumière en appliquant des ondes hyperfréquences sur un métamatériau - une grappe de formes inhabituelles présentées dans un motif soigneusement disposé. Résoudre des équations complexes à la vitesse de la lumière Nader Engheta, de l’Université de Pennsylvanie aux États-Unis,...