Metamaterials สามารถให้การจดจำรูปแบบได้เร็วขึ้นโครงสร้างขนาดเล็กที่ใช้คลื่นแสงในการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็วสามารถสร้างได้จากวัสดุที่มีอยู่ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ใหม่แนะนำ
การศึกษานี้อาจนำไปสู่ metamaterials ใหม่ ซึ่งเป็นวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งควบคุมแสงในลักษณะที่น่าแปลกใจ ในการทดลองก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ metamaterials เพื่อสร้างเสื้อคลุมล่องหนที่โค้งคลื่นแสงรอบวัตถุ ( SN 8/27/11, p. 16 ) Nader Engheta วิศวกรไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียในฟิลาเดลเฟียได้นำ metamaterials ไปในทิศทางใหม่ในปี 2555 เมื่อเขาและเพื่อนร่วมงานสร้างองค์ประกอบวงจรที่ประมวลผลคลื่นแสงในลักษณะที่ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุประมวลผลกระแสไฟฟ้า องค์ประกอบดังกล่าวอาจมีขนาดเล็กกว่าและเร็วกว่าชิ้นส่วนวงจรไฟฟ้าในปัจจุบันมาก
ในการศึกษาครั้งใหม่ Engheta และเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบวัสดุเพื่อใช้แสงในการคำนวณที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น
ซึ่งเป็นการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ทุกคนที่เคยเรียนแคลคูลัสคุ้นเคย เป้าหมายของนักวิจัยคือการออกแบบโครงสร้างที่สามารถคาดการณ์ได้ว่าจะแปลงรูปร่างของคลื่นแสงที่เข้ามา ในการคำนวณอย่างหนึ่ง คลื่นที่ออกจะมีรูปร่างของความชันของคลื่นที่เข้ามา หรือที่เรียกว่าอนุพันธ์ของคลื่น
เพื่อแสดงวิธีการแสดงมายากลทางคณิตศาสตร์นี้ นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของโครงสร้างที่ทำจากซิลิกอนบริสุทธิ์และซิงค์ออกไซด์ที่มีความหนาไม่กี่ไมโครเมตรซึ่งมีอลูมิเนียมสลับกัน
นักวิทยาศาสตร์เลือกวัสดุดังกล่าวเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับแสงอินฟราเรด ในการจำลอง นักวิจัยได้เปลี่ยนความกว้างของบล็อกและเลเยอร์ที่ซ้อนกันของโครงสร้างที่มีพื้นที่ว่างระหว่างบล็อกต่างกัน จากนั้นพวกเขาก็ศึกษาว่าคลื่นแสงอินฟราเรดเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุ นักวิทยาศาสตร์รายงานในวันที่ 10 มกราคมScienceว่าพวกเขาสามารถควบคุมรูปร่างของคลื่นที่ส่งออกได้อย่างแม่นยำ
โครงสร้างแบบเดียวกับที่ทีมจำลองขึ้นสามารถจดจำรูปแบบในภาพได้เร็วกว่าเทคโนโลยีล้ำสมัยในปัจจุบันหลายร้อยหรือหลายพันเท่า ในการจำลอง นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพนี้ด้วยการส่งคลื่นแสงที่มีรูปร่างเหมือนเส้นขอบฟ้าของเมืองออสติน เท็กซัส ผ่านวัสดุของพวกเขา ผลลัพธ์คือคลื่นแสงที่มีหนามแหลมคม โดยที่ขอบของอาคารปรากฏในภาพต้นฉบับ
การศึกษาใหม่นี้เป็น “การสาธิตที่น่าสนใจมากในการใช้ metamaterials ในการคำนวณแบบแอนะล็อก” Massimiliano Di Ventra นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกกล่าว คอมพิวเตอร์ทั่วไปซึ่งทำการคำนวณแบบดิจิทัล จะเข้ารหัสคลื่นเป็น 0 และ 1 ก่อนดำเนินการ วิธีการของ Engheta สามารถคำนวณได้เร็วกว่ามากโดยข้ามขั้นตอนนั้น แต่ Di Ventra เสริมว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะช่วยเสริมมากกว่าแทนที่ตรรกะดิจิทัล
Engheta กล่าวว่าภายในหกเดือนข้างหน้า ทีมงานของเขาจะเริ่มสร้างโครงสร้างในการจำลอง
การทบทวนอาร์กิวเมนต์ 200 หน้าของ ‘t Hooft ใหม่เป็นย่อหน้าไม่กี่ย่อหน้าจะละเว้นความแตกต่างอย่างมาก แต่แก่นแท้ของแนวทางปฏิบัติของเขาคือแนวคิดที่ว่าองค์ประกอบสูงสุดของความเป็นจริง ไม่ว่าสิ่งนั้นจะเป็นอะไรก็ตาม ไม่สอดคล้องกับแม่แบบสำหรับความเป็นจริงที่คิดขึ้นโดยจิตใจของมนุษย์ แนวคิดเช่นอนุภาคและเขตข้อมูลที่ใช้ในฟิสิกส์มาตรฐานในปัจจุบันเป็นสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ อนุภาคของอะตอม อะตอม โมเลกุล — สิ่งที่แสดงความแปลกประหลาดของควอนตัม — เป็นแม่แบบที่กำหนดโดยทฤษฎีของมนุษย์เกี่ยวกับวัตถุจริงที่อยู่ภายใต้ธรรมชาติอย่างแท้จริง ความลึกลับของควอนตัมเกิดขึ้นเนื่องจากขาดความตระหนักรู้ถึงระดับพื้นฐาน อิเล็กตรอนสามารถอยู่สองที่พร้อมกันได้ เนื่องจากอิเล็กตรอนไม่ใช่องค์ประกอบพื้นฐานของความเป็นจริง แต่เป็นแม่แบบที่รวม “beables” หลายตัว ซึ่งเป็นสถานะ submicroscopic ของความเป็นจริงที่แท้จริง
Hooft เขียนว่า “เกิดจากการคิดตามสัญชาตญาณของเราว่าเทมเพลตของเราแสดงถึงความเป็นจริงในบางวิธี ทำให้เราพบกับความขัดแย้งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้” ของฟิสิกส์ควอนตัม ‘t Hooft เขียน เขาเชื่อว่าหุ่นยนต์เคลื่อนที่เซลลูล่าร์สามารถอธิบายสภาพจริงที่อยู่ภายใต้เทมเพลตได้อย่างกำหนด โดยทางคณิตศาสตร์สามารถเปลี่ยนเป็นคำอธิบายที่น่าจะเป็นไปได้ของทฤษฎีควอนตัมเกี่ยวกับความเป็นจริง
“เราพิจารณากรณีที่หนึ่งมี ออโตเมติกแบบคลาสสิกที่กำหนด ขึ้นเอง ได้ในด้านหนึ่ง และ ระบบกลไกควอนตัมที่เห็นได้ชัด ในอีกข้างหนึ่ง” เขาเขียน “จากนั้น การทำแผนที่ทางคณิตศาสตร์ถือว่าแสดงให้เห็นว่าทั้งสองระบบมีความเท่าเทียมกันในแง่ที่ว่าคำตอบของระบบหนึ่งสามารถใช้อธิบายคำตอบของอีกระบบหนึ่งได้”
แม้ว่า Hooft จะไม่ก้าวหน้ามากนัก แต่เขาก็ยอมรับว่าการต่อสู้นั้นยังห่างไกลจากชัยชนะ มีความยากลำบากที่ต้องเอาชนะก่อนที่เขาจะสามารถทำซ้ำชัยชนะทั้งหมดที่ได้รับจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ไม่ต้องพูดถึงการผสมผสานการแก้ปัญหากับปริศนาที่เหลืออยู่ เช่น วิธีการกำหนดทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัม
