长期以来，科学界一直在寻找新颖或改良的材料：这些材料可以超越传统的光学定律，以更平坦、更坚固、成本更低、可堆叠的组件代替笨重的玻璃和塑料光学组件。超材料（Metamaterial） [274] 是人工设计和制造的一种以非传统方式操纵电磁波的结构材料。电磁超材料的工作范围覆盖了太赫兹（THz）、红外光或可见光波长（与光相互作用）。一些超材料在高频下会表现出磁性，从而导致强磁性耦合，这会在光学范围内产生负折射率或零折射率。用此材料做成的器件具有电磁波的异常反射和传输特性。
超材料具有可调的各向同性负折射率，它的一个作用是控制光的相位和振幅。这一进展可以发展成新的技术，如光学隐身、全息显示和量子悬浮等。把超材料切割成很薄的二维切片，称为晶片。在晶片中，每个像素可以转换成具有特定幅度、相位、辐射图案和极化的特定电磁波。虽然低转换效率仍然是一个挑战，但可以把晶片集成到量子阱或多层器件中，这有可能提高一些效率。在晶片材料的选择中，硅材料特别流行，不仅由于其高折射率和在电信频谱范围内的极低吸收损耗，而且还具有极其重要的工程技术意义。
利用这种超材料研究光在纳米尺度上的行为以及纳米尺度物体与光的相互作用的研究领域称为纳米光子学。这个新兴研究领域扎根于量子光学，而与 DNN 技术也有交集。事实上，光子晶体、等离子体激元、超材料和其他执行光子行为的材料已经被考虑用于开发新颖的光子 DNN。DNN 的计算主要是矩阵乘法，并且由于光子的性质，纳米光子回路几乎可以以光速进行这种计算（见第 13 章）。
于南方等人 [275] 提出了设计以突变相移为特征的超材料晶片的想法，可以用来控制电磁场辐射图案。这让人想起了在可重构发射阵列天线设计中采用的方法。事实上，这种晶片可以被视为纳米天线阵列：通过纳米天线设计来变换谐振频率，可以有效地控制散射信号中的相移量。
非线性也可用于操纵电磁波，从而建立光学与物理学其他领域之间的关系，如考虑在非线性晶格中形成电磁波辐射图案。当材料的微观细节通过一些系数值来表示时，光子晶格的设计可以利用类似于凝聚态物质或量子物理中的重整化群（见 16.1 节）的过程，以使有效自由能达到最小。
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的林星等人介绍了一种物理机制，舍弃了传统的计算机硬件和电路，
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