Исследователи представили инновационный подход к моделированию сложных оптических систем, используя математический метод Tensor Train. Этот инструмент, созданный для работы с многомерными массивами данных, открывает возможности ускоренного проектирования метаповерхностей и периодических структур. Несмотря на то, что технология была разработана полтора десятилетия назад, её потенциал в оптическом инжиниринге раскрывается впервые, что обещает революцию в создании фотонных процессоров и нейроморфных вычислений.
Периодические структуры — основа световых технологий
Современные оптические устройства, от лазерных систем до компактных сенсоров, используют уникальные свойства повторяющихся наноструктур. Дифракционные решётки с чередующимися элементами и метаатомы субволновых размеров позволяют управлять световыми волнами с беспрецедентной точностью. Однако расчёт их электромагнитных параметров требовал колоссальных вычислительных ресурсов, пока не появились новые математические решения.
Прорыв в вычислительной оптике
Команда специалистов из Университета ИТМО совершила значительный шаг вперёд, адаптировав метод Tensor Train для оптического моделирования. Этот подход позволяет «сжимать» гигантские матрицы данных, сохраняя только ключевые параметры. Благодаря этому расчёты, которые раньше занимали дни, теперь выполняются в разы быстрее, открывая путь к созданию многослойных метаматериалов с заданными свойствами.
Как работает «умное» сжатие данных
Технология Tensor Train преобразует громоздкие числовые массивы в компактные цепочки тензоров, сохраняя при этом точность вычислений. Например, при проектировании метаповерхности для управления световыми пучками система автоматически определяет избыточные параметры, оставляя только критически важные данные. Это не только ускоряет процесс, но и позволяет работать с системами, которые ранее считались слишком сложными для анализа.
От теории к практическим решениям
Пионерская работа российских учёных уже принесла первые результаты: с помощью нового метода удалось смоделировать многослойную метаструктуру для преобразования лазерного излучения. «Наша разработка кардинально меняет подход к созданию оптических компонентов, — отмечает Алексей Щербаков, ведущий исследователь проекта. — Внедрение этих алгоритмов в промышленные САПР позволит ускорить разработку фотонных процессоров и элементов для оптических нейросетей».
Будущее световых вычислений
Перспективы технологии выходят за рамки академических исследований. Партнёрство с разработчиками инженерного ПО уже сейчас открывает возможности для создания отечественных платформ проектирования. В ближайшие годы это может привести к появлению компактных оптических сопроцессоров, сверхточных литографических систем и новых поколений устройств обработки света.
