提起超材料，首先映入我們腦海中的就是 “哈利波特式的隱身斗篷”，但科學家們可謂是世界上最能物盡其用的一群人。這不，美國科學家最近就模擬出了超材料計算器，有望被用來執(zhí)行復雜的數(shù)學運算，從而快速地處理圖形和圖像。相關研究發(fā)表在近期出版的 《科學》雜志上。

超材料是具有奇異光學性能的人工復合材料，它能夠彎曲、散射、傳輸電磁輻射，甚至讓電磁輻射以特定的路徑傳播，而自然材料完全無法做到這些。從原理上來說，超材料通過讓光線在遇到物體時 “繞道而走”的原理，從而使物體不可見。最近幾年，隨著科學家們在超材料領域的研究不斷地取得突破，各式各樣、能對光進行操控的工具也層出不窮。

賓夕法尼亞大學教授納德·恩赫塔和同事并不滿足于用超材料來制造 “隱形斗篷”，他們決定利用已經過時的模擬計算理念，為超材料找到其他新用途。

目前的數(shù)字計算機建立在電子開關的開和關的基礎上，但其 “前輩”——模擬計算機則是基于不同的電子或力學屬性來工作的。對數(shù)計算尺就是一個例證，它是一個模擬計算機，在上世紀70年代前使用廣泛，之后被電子計算器取代，成為過時技術。

模擬計算機的精度囿于當時所用材料的限制，例如：任何在計算時需要移動的零件都受制于其能做得多小。但超材料主要依靠光來工作，因此沒有這種限制。恩赫塔團隊模擬了一種擁有求導和積分等計算功能的超材料 （由硅和摻雜鋁的氧化鋅精確地逐層交替組成），以及其他基本的超材料工具。

這種超材料計算機之所以能夠工作，是因為光波可以在空間中畫出數(shù)學曲線。在計算中，求導描述的是曲線在不同點的斜率；而積分則表示的是這些曲線所包圍的面積，該模擬計算機通過改變光波的輪廓來執(zhí)行這些數(shù)學計算。例如：如果朝超材料照射一束光 （描述y=x2這樣的拋物線）計算求導，那么另一邊出來的光的輪廓描述的就是可用y=2x描述的一條直線。

接下來，他們計劃制造出這種超材料，以進一步地測試這一概念。如果其能工作，那么從理論上而言，其能被整合進相機透鏡內以執(zhí)行包括模式識別等在內的圖像處理任務。目前這種任務由一塊普通的計算芯片對像素進行逐個檢測來完成，但由超材料制成的模擬計算機則能即刻處理完整圖像。

“最新實驗為超材料開辟了新的研究方向。”英國帝國理工學院的約翰·彭德瑞表示， “除此之外，這種設備也能用來執(zhí)行其他計算?！?/p>