[發明專利]基于混合波的計算

在審

• 申請號: 201880035513.2
• 申請日: 2018-05-26
• 公開（公告）號: CN110892421A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: P·比安斯特曼;F·拉波特;A·盧格南
• 申請（專利權）人: 根特大學;IMEC非營利協會
• 主分類號: G06N3/067
• 分類號: G06N3/067
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 蔡悅;陳斌

一種被配置用于執行基于波的計算的基于無源光子波的計算系統，該系統包括混合單元，該混合單元包括多個輸入和多個輸出，該混合單元是腔并且進一步被配置用于：在該腔中將經由所述至少一個輸入接收到的光束朝向所述多個輸出中的至少一個輸出散射或反射平均至少三次。

發明領域

本發明涉及基于光波的計算領域。更具體而言，本發明涉及使用混合單元以低損耗進行基于光波的計算的方法和系統。

發明背景

人們越是被大數據淹沒，就越讓計算機接管數據處理。因此，機器學習是當前計算機科學和統計中發展最快的學科之一。然而，大部分這種處理仍發生在高耗電計算機上的軟件中。

替換的硬件實現是專門被設計用于高效光學計算的所謂的儲層計算機(Reservoir Computer)。儲層計算是專注于時間相關數據的處理的機器學習分支。它最初是在2000年代早期作為使用具有內部反饋的未經訓練神經網絡結合經訓練的線性讀出層來執行對時間數據的分類的方法而提出的。通過所謂的遞歸網絡中的非線性節點的反饋執行對信號的非線性混合，并向系統提供衰退存儲器。

2014年已由Kristof Vandoorne等人在Nature communications 5(自然通信第5卷)(2014)中提出了基于相同儲層計算原理的無源光子儲層計算機。然而，所提出的實現受到來自與系統中所使用的組合器序列相關聯的3dB損耗的基本縮放限制。

無源光子儲層可被用于多種應用。然而，儲層可以執行的任務的復雜度取決于組成該儲層的神經元數目，這些損耗也限制了可以執行的任務的復雜度，并且因此仍有改進的空間。

發明內容

本發明的各實施例的目的是基于混合單元提供顯示出低損耗的高效的基于無源光子波的計算方法和系統。

本發明涉及一種被配置用于執行基于波的計算的基于無源光子波的計算系統，該系統包括混合單元，該混合單元是包括至少一個輸入和多個輸出的腔，該混合單元進一步被配置用于：在腔中將經由所述至少一個輸入接收到的光束朝向所述多個輸出中的至少一個輸出反射或散射平均至少三次。混合元件可以是光子晶體腔，或者可以是基于散射的混合單元。要注意，混合單元通常可以顯著大于波長或大于波長的數量級。混合單元可以比將與該系統聯用的波長至少大5倍。

該至少一個輸入可以是多個輸入。混合單元具有多個輸出。此類輸出可以例如使用加權和求和進行組合，以使得整個基于波的計算系統可以僅有單個輸出。

本發明的各實施例的優點在于，混合單元允許提供對輸入輻射的良好混合，而不會發生大的損耗。后者是通過避免使用系統中的至少一些組合器和分離器并且替代地使用混合單元來獲得的。

在本發明的實施例中引用腔的情況下，引用的是光子器件中通常填充有透明材料的區域，該區域對于系統可以對其使用的輻射的波長而言是透明的，并且在邊緣包括反射元件，例如，反射壁。

混合單元可以被配置在基于無源光子波的計算系統中，以使得其充當用于輻射信號的衰退存儲器。

混合單元可以是包括多個反射壁的腔，以使得來自輸入的輻射在多次反射之后最終將到達輸出端口。

混合單元可以是光子晶體腔。

混合單元可以具有四分之一體育場的形狀。

輸入和/或輸出波導可以通過絕熱錐形體連接到混合單元。

混合單元可以是由硅制成的腔，其中鐵電薄膜被涂敷在該腔上，其中混合單元是由硅棒制成的光子晶體腔，其中在中間引入非線性聚合物，或者其中該腔由III-V材料制成。

該系統可以包括在分層布置中耦合的多個混合單元。腔可以是由具有氣孔的硅制成的光子晶體腔。