Нейроморфные фотонные сети с использованием кремниевых фотонных банков весов

Фотонные системы высокопроизводительной обработки информации вновь привлекают значительное внимание. Нейроморфная кремниевая фотоника обладает потенциалом для интеграции вычислительных функций, значительно превосходящих возможности электроники. Мы впервые наблюдали рекуррентную кремниевую фотонную нейронную сеть, в которой соединения конфигурируются кольцевыми микрорезонаторными банками весов. С помощью анализа динамических бифуркаций продемонстрирован математический изоморфизм между кремниевой фотонной схемой и непрерывной моделью нейронной сети. Используя этот изоморфизм, смоделированная кремниевая фотонная нейронная сеть с 24 узлами программируется с помощью «нейронного компилятора» для решения задачи эмуляции дифференциальной системы. Прогнозируется ускорение в 294 раза по сравнению с традиционным эталонным методом. Кроме того, предложен и выведен анализ энергопотребления нейронов модуляторного класса, которые, в отличие от нейронов лазерного класса, совместимы с кремниевыми фотонными платформами. При увеличении масштаба нейроморфная кремниевая фотоника может открыть доступ к новым режимам сверхбыстрой обработки информации для радиосвязи, систем управления и научных вычислений.