光子计算方法利用电磁波快速求解偏微分方程

在物理、数学和工程领域，偏微分方程 (PDE) 对于模拟各种现象至关重要，从热扩散到粒子运动和波传播。虽然一些 PDE 可以通过解析求解，但许多 PDE 需要数值方法，这可能非常耗时且计算量大。

为了应对这些挑战，科学家一直在探索替代计算范式，包括光子计算。

光子计算利用光与物质的相互作用进行高速计算。纽卡斯尔大学的一项研究发表在《Advanced Photonics Nexus》上，介绍了一种使用电磁 (EM) 波求解 PDE(特别是亥姆霍兹波动方程)的新方法。

研究人员开发了一种相互连接的波导网络，其中填充了电介质插件，可以模仿传统电路元件的行为。

这种创新结构被称为梅塔特隆网络，其行为实际上类似于 T 电路网格。通过调整介电插入物的尺寸和介电常数，研究人员展示了对 PDE 参数的控制。这使得网络能够解决各种边界值问题，例如电磁波散射和光聚焦。

报告的通讯作者 Victor Pacheco-Peña 博士强调了这些设备作为计算加速器的潜力。“我们设想这些设备可用于为各种偏微分方程产生快速近似解，”他说，并补充说这项研究代表了模拟计算领域的重大进步，是一种快速高效解决复杂方程的有前途的方法。