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

基本信息

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

项目摘要

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。

这项研究的目的是基于多面光波转换方法使用可扩展的光单元转换电路，以在光学区域高速实现任何线性矩阵操作。通过将这样的电路应用于深神经网络的线性处理单元，最终低功耗和低延迟处理，其中仅通过传播尖端内部来完成计算即可完成操作。具体而言，通过反复积累大量的光折叠零件以及在几个毫米的半导体芯片中进行光学相位移动部分，进行任意线性操作，然后重复照明和波浪控制。它与传统方法基本不同，并且通过直接利用芯片中的光的衍射现象，它是一种真正的可扩展性，一种真正的可扩展性，这是一个尘土飞扬和创造性的错误，同时充分利用了光波空间的优点并行性。首先，在2022财年中，具有偏振波分离器阵列和6个输入光学单元的光电路转换为单芯片，以及3模式聚合多个信号多输入 - 多输入的所有光（mimo））处理（MIMO）处理。通过适当调整光相变器，300 Gbps相干信号模式 /书法分离和接收成功。此外，为了实验验证上一个财政年度提供的产生的误差阻力，多侧光线的光单元 - 型转换电路已更改导电路参数，并且所有元素都可以获得相同的元素我透露了这一点。这项成就是从理论和实验的多面光波转换方法中特有的可伸缩性，被认为在实现大型光学计算方面有效。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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