Door elektromagnetische golven ingrijpend te manipuleren kunnen er eenvoudige wiskundige operaties op worden uitgevoerd.

Metamaterialen zijn materialen die een negatieve brekingsindex hebben, bijvoorbeeld voor inkomende elektromagnetische golven zoals licht. Die brekingsindex kan overigens ook variabel zijn, want ze kan worden beïnvloed door bijvoorbeeld de elektrische eigenschappen van metamaterialen te veranderen.

Met metamaterialen kunnen bizarre toepassingen worden gemaakt, zoals een Harry Potter-achtige onzichtbaarheidsmantel die lichtstralen rondom een object leiden. Maar ze kunnen ook de kern vormen van een nieuw type computer, een 21ste-eeuws equivalent van de analoge computers van enkele eeuwen geleden – die functioneerden met tientallen knoppen, radertjes en schakelaars.

Amerikaanse fysici1 hebben nu een prototype van zo’n ‘fotonische calculus’ gebouwd, op basis van metamaterialen. Het apparaatje bestaat uit een kubus diëlektrisch materiaal (het metamateriaal) met daarin duizenden gaatjes. Als een invallende golf – de onderzoekers gebruikten microgolven in plaats van lichtgolven, omdat de golflengte iets langer is – de kubus bereikt, wordt hij zodanig gemanipuleerd dat hij bij het verlaten van het metamateriaal een code meedraagt. De fysici konden bekomen dat die code precies de oplossing is van een wiskundige operatie uitgevoerd door het metamateriaal. Het prototype kon op code meegedragen door invallende microgolven enkele eenvoudige wiskundige operaties uitvoeren, zoals een afgeleide of een integraal.

Het voordeel van de fotonische calculus is dat hij rekent met licht in plaats van elektriciteit, waardoor dit geen elektriciteit kost. Daardoor zou een computerprocessor op basis van metamaterialen veel sneller en zuiniger kunnen rekenen dan een klassieke processor.