Metasurface-empowered freely arrangeable multitask diffractive neural networks

可重构性 计算机科学 人工神经网络 人工智能 深度学习 全息术 光学计算 功能(生物学) 深层神经网络 延迟(音频) 光子学 神经形态工程学 块(置换群论) 正交性 网络体系结构 计算机体系结构 计算复杂性理论 面子(社会学概念) 计算智能 计算机工程 任务分析 特征提取 面部识别系统 图像处理
作者
Yongtao Tian,Haifeng Xu,Yanjun Liu,Xiangyu Zhao,Jingzhu Shao,Julian Cheng,Chongzhao Wu
出处
期刊:Photonics Research [Optica Publishing Group]
卷期号:14 (3): 949-949
标识
DOI:10.1364/prj.576203
摘要

Optical neural networks have recently garnered considerable research interest owing to their energy-efficient operation and ultralow latency characteristics. As an emerging framework in this domain, diffractive deep neural networks (D 2 NNs ) integrate deep learning algorithms with optical diffraction principles to perform computational tasks at the speed of light without requiring additional energy consumption. However, conventional D 2 NN architectures face functional limitations. They are typically constrained to single-task operation or require additional costs and structures for functional reconfiguration. Here, we present an arrangeable diffractive neural network (A-DNN) that can perform various recognition tasks by altering the order of the internal diffractive layers. In addition, we develop a weighted multitask loss function that enables flexible adjustment of each task’s performance according to specific requirements. Furthermore, the A-DNN can be extended to applications such as multi-degree-of-freedom holographic imaging and high-capacity optical encryption/decryption. Finally, the proposed A-DNN framework is experimentally validated by recognizing five types of handwritten digits and fashion items at terahertz frequency. This flexible and powerful architecture can significantly expand the reconfigurability of D 2 NNs at a low cost, providing a new approach for realizing high-speed, energy-efficient versatile artificial intelligence systems.
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