超表面分为三个空间:编码空间、电流空间和波空间。这三个空间分别由数字控制信号和可调谐器件、无源结构和可调谐器件上的电流以及感兴趣区域的场组成。来源:中国科学出版社

邵瑞文博士和吴俊伟教授(东南大学电磁空间研究所，中国南京)的研究告诉我们数字超表面是如何丢失信息的。

邵瑞文对数字超表面散射波进行了奇异值分解(SVD)。他注意到非零奇异值的数量不等于元原子的数量，而是近似于它。Shao说:“这是一个非常不寻常的结果，这与之前的超表面建模方法相反。”邵瑞文和吴俊伟，以及实验室主任崔铁军，试图确定是什么原因导致了多余的奇异值。该团队将数字编码超表面视为由两个网络组成的微波网络，包括无源结构和可调谐设备。该组合成功地分离了编码状态对散射波的影响。

Wu说:“微波网络级联公式得到的表达式仍然包含矩阵反演项，所以我们自然想知道幂级数展开是否会对简化产生影响。”研究小组发现，经过一系列的推导和近似，数字编码超表面的散射波可以表示为编码状态的二阶多项式，包括相邻码的常数项、一阶项和二阶项。

中心元素的常数项和一阶模式决定了元原子的电流。上下相邻元素的一阶模式居第二位，其余元素相对较小。来源:中国科学出版社

零阶项和二阶项的引入使方程的秩加倍，这与非零奇异值的数目是一致的。邵说:“这些术语可以被认为是由相邻元原子的相互耦合引起的。”研究人员通过全波模拟提取了这些电流模式。基于这些模式，他们准确地预测了任何编码状态下超表面的散射电磁波。

高精度的半解析表达式为我们从理论上研究超表面的统计特性提供了有力的工具。借助宏观模型，将各要素的相互耦合转化为电流协方差。"

因此，我们最终发现电流在超表面上的概率分布是一组相关的正态分布。吴教授说:“我们将相关分布电流的微分熵与独立和相同分布电流的微分熵进行了比较，它们之间的差异表明了将数字信号转换为电磁波的信息损失。”如何评价元表面传输信息的能力是元表面通信系统应用中亟待解决的问题。在这项研究中，研究人员提供了一种新的方法来量化由相互耦合引起的信息损失。与一般认知一致的是，随着元素周期的减小，信息损失也随之增加。

这篇论文发表在《国家科学评论》杂志上。