多面光波変換型スケーラブル光演算回路の創成と深層ニューラルネットワーク応用

多面光波转换型可扩展光学运算电路的创建及深度神经网络的应用

• 批准号: 21K18168
• 负责人: 種村 拓夫
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18168/
• 关键词: 光集積デバイス; ニューラルネットワーク; 集積フォトニクス

本研究は、多面光波変換法に基づくスケーラブルな光ユニタリ変換回路を用いることで、任意の線形行列演算を光領域で高速に実現することを目的とする。このような回路を深層ニューラルネットワークの線形処理部に適用することで、チップ内を光が伝搬するだけで演算が完了する究極的に低消費電力かつ低遅延な処理が可能になる。具体的には、数ミリ角の半導体チップ内に多数の光回折部と光位相シフタ部を高密度に集積し、光の回折と波面制御を繰り返すことで任意の線形演算を行う。従来手法とは本質的に異なり、チップ内での光の回折現象を直接利用することで、光波の空間並列性のメリットを最大限活かしながら、作製誤差に対してもロバストな、真にスケーラブルな光演算回路を実現することを目指している。2022年度は、まず、偏波分離器アレイと6入力光ユニタリ変換器をワンチップに集積した光回路を作製し、3モード偏波多重信号の全光multi-input-multi-output（MIMO）処理実験を行った。光位相シフタ部を適切に調節することで、300 Gbps コヒーレント信号のモード／偏波分離と受信に成功した。また、前年度に数値実証した作製誤差耐性を実験的に検証するために、導波路パラメータを変化させた多面光波変換型光ユニタリ変換回路を複数試作し、全ての素子で同等の性能が得られることを明らかにした。本成果は、多面光波変換手法特有のスケーラビリティを理論・実験の両面から裏付けたものであり、大規模な光演算を実現する上で有効だと考えられる。

This study は, variations in faceted light waves method に づ く ス ケ ー ラ ブ ル な light ユ ニ タ リ variations in loop を with い る こ と で, arbitrary の linear procession calculus を で high-speed optical field に be presently す る こ と を purpose と す る. こ の よ う な loop を deep ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク の linear 処 reason for use に す る こ と で, チ ッ プ を が light 伝 move す る だ け で calculus が finished す る ultimate に low consumption of electricity か つ low 遅 delay な 処 Richard が may に な る. Specific に は, several ミ リ Angle の semiconductor チ ッ プ に within most の inflexion of と light phase シ フ タ を high-density に set product し, light の inflexion wave suppression と を Qiao り return す こ と で did の linear calculus を う. 従 to technique と は に the nature of different な り, チ ッ プ within で の light の を inflexion phenomenon directly using す る こ と で の space, light waves in sexual の メ リ ッ ト を most time live か し な が ら, a system error に し seaborne て も ロ バ ス ト な, true に ス ケ ー ラ ブ ル な light calculus circuit を be presently す る こ と を refers し て い る. 2022 annual は, ま ず, partial wave separator ア レ イ と 6 light into force ユ ニ タ リ - changer を ワ ン チ ッ プ に set product し た し the light circuit を cropping, 3 モ ー ド partial wave multiple signal の all-optical multi - input - multi - output (MIMO) 処 principle be 験 を line っ た. Light phase シ フ タ department を appropriate に adjust す る こ と で, 300 Gbps コ ヒ ー レ ン ト signal の モ ー ド / partial wave separation と trusted に successful し た. ま た, annual に before the numerical be card し た for system error tolerance を be 験 of に 検 card す る た め に, guided wave パ ラ メ ー タ を variations change さ せ た faceted light - light HuanXing ユ ニ タ リ variations in loop を plural attempt し, full て の element child で equal の performance が must ら れ る こ と を Ming ら か に し た. This achievement は, variations in faceted light waves technique characteristic の ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ を theory, be 験 の struck surface か ら in pay け た も の で あ り, large-scale な light calculus を be presently す る で have sharper だ と exam え ら れ る.

项目成果

Integrated optical unitary converter based on nonuniform multimode interference coupler

基于非均匀多模干涉耦合器的集成光一体转换器

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryota Tanomura;Rui Tang;Takuo Tanemura;Yoshiaki Nakano
• 通讯作者: Yoshiaki Nakano

Scalable and Robust Photonic Integrated Unitary Converter Based on Multiplane Light Conversion

基于多平面光转换的可扩展且鲁棒的光子集成酉转换器

• DOI: 10.1103/physrevapplied.17.024071
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Tanomura Ryota;Tang Rui;Umezaki Toshikazu;Soma Go;Tanemura Takuo;Nakano Yoshiaki
• 通讯作者: Nakano Yoshiaki

Error-tolerant integrated optical unitary processor based on multi-plane light conversion

基于多平面光转换的容错集成光学一体处理器

• 发表时间: 2023
• 作者: Tanomura Ryota;Tang Rui;Takuo Tanemura;Nakano Yoshiaki
• 通讯作者: Nakano Yoshiaki

Demonstration of 10-port integrated optical unitary converter

10端口集成光一体转换器演示

• 发表时间: 2021
• 作者: Rui Tang;Ryota Tanomura;Takuo Tanemura;and Yoshiaki Nakano
• 通讯作者: and Yoshiaki Nakano

Experimental demonstration of error-tolerant optical unitary converter

容错光学一体转换器的实验演示

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Tanomura;R. Tang;T. Tanemura;and Y. Nakano
• 通讯作者: and Y. Nakano