Scaling on-chip photonic neural processors using arbitrarily programmable wave propagation

缩放比例 光子学 炸薯条 计算机科学 电子工程 并行计算 物理 光电子学 工程类 电信 数学 几何学
作者
Tatsuhiro Onodera,Martin M. Stein,Benjamin A. Ash,Mandar M. Sohoni,Melissa Bosch,Ryotatsu Yanagimoto,Marc Jankowski,Timothy P. McKenna,Tianyu Wang,Gennady Shvets,Maxim R. Shcherbakov,Logan G. Wright,Peter L. McMahon
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:1
标识
DOI:10.48550/arxiv.2402.17750
摘要

On-chip photonic processors for neural networks have potential benefits in both speed and energy efficiency but have not yet reached the scale at which they can outperform electronic processors. The dominant paradigm for designing on-chip photonics is to make networks of relatively bulky discrete components connected by one-dimensional waveguides. A far more compact alternative is to avoid explicitly defining any components and instead sculpt the continuous substrate of the photonic processor to directly perform the computation using waves freely propagating in two dimensions. We propose and demonstrate a device whose refractive index as a function of space, $n(x,z)$, can be rapidly reprogrammed, allowing arbitrary control over the wave propagation in the device. Our device, a 2D-programmable waveguide, combines photoconductive gain with the electro-optic effect to achieve massively parallel modulation of the refractive index of a slab waveguide, with an index modulation depth of $10^{-3}$ and approximately $10^4$ programmable degrees of freedom. We used a prototype device with a functional area of $12\,\text{mm}^2$ to perform neural-network inference with up to 49-dimensional input vectors in a single pass, achieving 96% accuracy on vowel classification and 86% accuracy on $7 \times 7$-pixel MNIST handwritten-digit classification. This is a scale beyond that of previous photonic chips relying on discrete components, illustrating the benefit of the continuous-waves paradigm. In principle, with large enough chip area, the reprogrammability of the device's refractive index distribution enables the reconfigurable realization of any passive, linear photonic circuit or device. This promises the development of more compact and versatile photonic systems for a wide range of applications, including optical processing, smart sensing, spectroscopy, and optical communications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
2秒前
Thea应助火龙果采纳,获得10
2秒前
3秒前
4秒前
wjx发布了新的文献求助10
4秒前
鲜于雁山发布了新的文献求助30
4秒前
5秒前
美好斓发布了新的文献求助30
5秒前
完美世界应助坦率问枫采纳,获得10
7秒前
9秒前
suiyi发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
CodeCraft应助霍元正采纳,获得10
10秒前
10秒前
wjx发布了新的文献求助10
12秒前
今后应助隐形之玉采纳,获得10
12秒前
yu完成签到,获得积分20
13秒前
爆米花应助demo1采纳,获得10
14秒前
沉静傲白完成签到,获得积分10
14秒前
鲜于雁山完成签到,获得积分10
14秒前
H1完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
LI发布了新的文献求助10
15秒前
leo完成签到,获得积分10
17秒前
沉静傲白发布了新的文献求助10
18秒前
天天快乐应助peng采纳,获得10
18秒前
自由的友灵完成签到,获得积分10
19秒前
张伊洛发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
不想看文献完成签到 ,获得积分10
20秒前
Celine完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
独特安阳完成签到,获得积分10
22秒前
demo1完成签到,获得积分10
22秒前
faker完成签到,获得积分10
22秒前
Thea应助火龙果采纳,获得10
22秒前
23秒前
yyy完成签到,获得积分10
24秒前
ericlee1984发布了新的文献求助10
24秒前
秋天发布了新的文献求助10
25秒前
高分求助中
(禁止应助)【重要!!请各位详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Semantics for Latin: An Introduction 1099
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 780
水稻光合CO2浓缩机制的创建及其作用研究 500
Logical form: From GB to Minimalism 500
2025-2030年中国消毒剂行业市场分析及发展前景预测报告 500
镇江南郊八公洞林区鸟类生态位研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4159583
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3695483
关于积分的说明 11670341
捐赠科研通 3387407
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1857534
邀请新用户注册赠送积分活动 918528
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 831534