När den är upplyst av elektromagnetiska vågor, partiklar i subvåglängdsskala av metasytor kan koppla den infallande energin till fritt utrymme med kontrollerbar amplitud, fas och polarisationer, så att den sända vågen kan manipuleras flexibelt med förutformade funktioner. Under de senaste åren har snabb utveckling av digitala och informationsmetasytor har stimulerat många informationsbehandlingsapplikationer, såsom datoravbildning, trådlös kommunikation, och utföra matematiska operationer. Med den ökande mängden forskning fokuserad på ämnet informationsbehandling med metasytor, en generell teori för att karakterisera metasytors egenskaper ur informationsperspektivet är angelägen.

Nyligen, Prof. Tie Jun Cuis grupp vid Southeast University (SEU) har samarbetat med Prof. Lianlin Li vid Peking University (PKU), och rapporterade ett genombrott i detta ämne National Science Review med titeln "Informationsteori om metasytor" (första författaren är doktorand, Haotian Wu). I det här arbetet, en allmän informationsteori om metayta föreslås för att analysera förhållandet mellan informationen för en metayta och dess fjärrfältstrålningsmönster.

För att analysera metaytan ur informationsperspektivet, forskarna introducerade en generell bländarmodell för att karakterisera metaytans amplitud- och fassvar. Genom att införliva den allmänna bländarmodellen av metaytan med osäkerhetsrelation i L2-rymden, forskarna hittade en övre gräns för information som fanns i strålningsmönstret för en metayta, och avslöjade den teoretiska övre gränsen för ortogonala strålningstillstånd som kan realiseras av metaytan. Den föreslagna teorin ger också vägledning för invers design av metayta med avseende på givna funktionaliteter. Det vill säga, när det eller de erforderliga strålningsmönstren är specificerade, storleken på metaytan måste vara större än värdet som förutspås av den föreslagna teorin, annars skulle det vara omöjligt att realisera det eller de erforderliga strålningsmönstren oavsett vilka designstrategier som används. Dessutom, genom att undersöka informationen om oordnade fasmodulerade metasytor, forskarna fann informationsinvariansen (1-γ) för kaotiska strålningsmönster som genereras av oordnade metasytor. Resultatet indikerar att fjärrfältsinformationen för de oordnade fasmodulerade strålningsmönstren alltid är lika med 1-γ (γ är Eulers konstant), som är oberoende av metas yta, antalet metasytelement, och fasmönstren.

För att verifiera den föreslagna teorin, forskarna analyserade först informationen om fjärrfältstrålningsmönster som genererats av flera uppsättningar av metasyteprover med olika amplitud- och fasmoduleringar. De beräknade resultaten är alla begränsade av den ojämlikhet som den föreslagna teorin ger. Dessutom, att verifiera informationsinvariansen för oordnade metasytor, de beräknade informationen om fjärrfältsmönster som genererats av flera uppsättningar av oordnade fasmodulerade metasampler:1-bitars digitala kodningsfaser där varje fas antar ett av värdena 0 och π slumpmässigt; 2-bitars digitala kodningsfaser där varje fas antar ett av värdena 0, π/2, π, och 3/2π slumpmässigt, och kontinuerlig slumpmässig fasvariabel som beskrivs av en enhetlig sannolikhetsfördelning. De beräknade resultaten av de fläckliknande strålningsmönstren matchar den teoretiska förutsägelsen (1-γ) perfekt, som på ett övertygande sätt visar informationsinvariansen hos de kaotiska fjärrfältsmönstren.

"Den presenterade teorin etablerar en kvantitativ ram för att karakterisera metasytors informationsbehandlingsförmåga, som ger djupare fysiska insikter i att förstå metasytor ur informationsperspektiv, och erbjuder nya tillvägagångssätt för att underlätta analyser och design av metasytor. Resultaten av denna undersökning är generellt tillämpliga i ett brett spektrum av spektra, vilket skulle vara till hjälp för att lägga grunden för framtida undersökningar av regimen för informationsmetasytor, ", förutspår forskarna.