光子处理器中利用光子自由度的系统和方法技术方案

本申请提供了通过使用光子自由度(DOF)来增加光子处理器吞吐量的系统和方法。光子处理器包括多路复用器，用于使用至少一个光子DOF将多个编码光信号多路复用为复用光信号。光子处理器还包括耦接至包含多路复用器的光路的输出的探测器，用于基于复用光信号或复用光信号被解复用的部分来生成第一电流。光子处理器还包括耦接至探测器的输出的调制器，用于通过调制第一电流来生成第二电流。调制第一电流来生成第二电流。调制第一电流来生成第二电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光子处理器中利用光子自由度的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35
§
USC119(e)要求于2020年7月24日提交、代理机构案卷号为L0858.70030US00、申请号为63/056,494、专利技术名称为“光子处理器中利用光子自由度的系统和方法(Systems and Methods for Utilizing Photonic Degrees of Freedom in a Photonic Processor)”的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术介绍

[0003]深度学习、机器学习、隐变量模型、神经网络和其它基于矩阵的可微分程序用于解决包括自然语言处理和图像中对象识别的多种问题。使用深度神经网络解决这些问题通常需要很长的处理时间来执行所需的计算。在解决这些问题时，数学矩阵运算例如矩阵乘法通常是计算量最大的运算。

技术实现思路

[0004]本申请一些实施例涉及光子处理器。所述光子处理器包括：多路复用器，用于使用至少一个光子自由度将多个编码光信号复用为复用光信号；耦接至包含该多路复用器的光路的输出的探测器，用于基于该复用光信号或该复用光信号被解复用的部分生成第一电流；耦接至该探测器的输出的调制器，用于通过调制该第一电流来生成第二电流。
[0005]在一些实施例中，该至少一个光子自由度从波长、频率或偏振中择一。
[0006]在一些实施例中，该光子处理器还包括：多路解复用器，用于对该复用光信号进行解复用。r/>[0007]在一些实施例中，该多路复用器用于在光域中进行复用，该多路解复用器用于在光域中进行解复用。
[0008]在一些实施例中，该光子处理器还包括：多路解复用器，用于对该第二电流进行解复用。
[0009]在一些实施例中，该多路复用器用于在光域中进行复用，该多路解复用器用于在RF域中进行解复用。
[0010]在一些实施例中，该光子处理器为双轨光子处理器。
[0011]在一些实施例中，该光子处理器是单端的。
[0012]本申请一些实施例涉及用于执行数学运算的光子器件。所述光子器件包括：多个光学编码器；耦接至多个光学编码器的输出的多路复用器，用于使用至少一个光子自由度将来自多个光学编码器的多个编码光信号复用为复用光信号；耦接至包含多个光学编码器和该多路复用器的光路的输出的多个探测器，用于输出多个第一电流；耦接至多个探测器中的两个探测器的输出的多个调制器；以及耦接至多个光学编码器和多个调制器的控制器。控制器用于：获得多个第一数值和多个第二数值；通过使用多个第一数值修改多个输入光信号来控制多个光学编码器生成多个编码光信号；控制多个调制器基于多个第一电流生
成多个第二电流，其中，控制多个调制器包括基于多个第二数值设置多个调制器的特性；以及，使用多个第二电流获得该数学运算的结果。
[0013]在一些实施例中，该至少一个光子自由度从波长、频率或偏振中择一。
[0014]在一些实施例中，该光子器件还包括：多路解复用器，用于对该复用光信号进行解复用。
[0015]在一些实施例中，该多路复用器用于在光域中进行复用，该多路解复用器用于在光域中进行解复用。
[0016]在一些实施例中，该光子器件还包括：多路解复用器，用于对多个第二电流进行解复用。
[0017]在一些实施例中，该多路复用器用于在光域中进行复用，该多路解复用器用于在RF域中进行解复用。
[0018]在一些实施例中，该光子器件为双轨光子器件。
[0019]在一些实施例中，该光子器件是单端的。
[0020]本申请一些实施例提供了一种用于执行数学运算的方法。该方法包括：获得多个第一数值和多个第二数值；通过使用多个第一数值修改多个输入光信号来生成多个编码光信号；使用至少一个光子自由度对多个编码光信号进行复用以生成复用光信号；通过使用多个探测器检测复用光信号或复用光信号被解复用的部分来生成多个第一电流；通过基于多个第二数值设置多个调制器的特性，使用多个调制器和多个第一电流生成多个第二电流；以及，利用多个第二电流获得该数学运算的结果。
[0021]在一些实施例中，使用至少一个光子自由度进行复用包括：使用从波长、频率或偏振中选择的至少一个进行复用。
[0022]在一些实施例中，该方法进一步包括：对该复用光信号进行解复用。
[0023]在一些实施例中，该方法进一步包括：对多个第二电流进行解复用。
附图说明
[0024]本申请的多个方面和实施例将参考以下附图描述。应当理解，这些附图不一定按照比例绘制。在以下附图中，用相似的数字表示多个附图中示出的各个相同或几乎相同的部件。清楚起见，可能并非每幅图中的每个组件都被标记。
[0025]图1是根据本申请所述技术的一些实施例的双轨光乘法器的框图。
[0026]图2是根据本申请所述技术的一些实施例的矩阵向量乘法的表示。
[0027]图3是根据一些实施例的根据2
×
2构型布置的光子处理器的框图。
[0028]图4是根据本申请所述技术的一些实施例的根据4
×
4构型布置的光子处理器的框图。
[0029]图5是根据本申请所述技术的一些实施例的根据4
×
4构型布置并且包括偏振复用的光子处理器的框图。
[0030]图6A是根据本申请所述技术的一些实施例的根据4
×
4构型布置并且包括波长复用的光子处理器的框图。
[0031]图6B是根据本申请所述技术的一些实施例的包括波长复用的单端光子处理器的框图。
[0032]图6C是根据本申请所述技术的一些实施例的根据4
×
4构型布置并且包括可调制探测器和波长复用的光子处理器的框图。
[0033]图7A和7B是根据本申请所述技术的一些实施例的被布置为执行4
×
3矩阵X和4
×
4矩阵M的矩阵乘法的、包括光域频率复用和模拟RF域频率解复用的光子处理器的框图。
[0034]图8A是根据本申请所述技术的一些实施例的复用光信号的、包含本振(LO)光频率的多个单光频率的示例图。
[0035]图8B是根据本申请所述技术的一些实施例的图8A中各个单光频率被编码在多路复用模拟RF信号的场幅度中的曲线图。
[0036]图9是根据本申请所述技术的一些实施例的用于在模拟RF域中执行双轨解复用的电路示例的框图。
[0037]图10是根据本申请所述技术的一些实施例的用于在模拟RF域中执行单端解复用的电路示例的框图。
[0038]图11A是根据本申请所述技术的一些实施例的复用光信号的、不包含本振(LO)光频率的多个单光频率的示例图。
[0039]图11B是根据本申请所述技术的一些实施例的图11A中各个单光频率被编码在多路复用模拟RF信号的场幅度中的曲线图。
[0040]图12是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光子处理器，包括：多路复用器，配置为使用至少一个光子自由度将多个编码光信号复用为复用光信号；探测器，耦接至包括所述多路复用器的光路的输出，其中所述探测器配置为基于所述复用光信号或所述复用光信号被解复用的部分生成第一电流；以及，调制器，耦接至所述探测器的输出，并且配置为通过调制所述第一电流来生成第二电流。2.根据权利要求1所述的光子处理器，其中，所述至少一个光子自由度从波长、频率或偏振中择一。3.根据权利要求1所述的光子处理器，还包括多路解复用器，所述多路解复用器配置为对所述复用光信号进行解复用。4.根据权利要求3所述的光子处理器，其中，所述多路复用器配置为在光域中进行复用，所述多路解复用器配置为在光域中进行解复用。5.根据权利要求1所述的光子处理器，还包括多路解复用器，所述多路解复用器配置为对所述第二电流进行解复用。6.根据权利要求5所述的光子处理器，其中，所述多路复用器配置为在光域中进行复用，所述多路解复用器配置为在RF域中进行解复用。7.根据权利要求1所述的光子处理器，其中，所述光子处理器为双轨光子处理器。8.根据权利要求1所述的光子处理器，其中，所述光子处理器是单端的。9.一种光子器件，配置为执行数学运算，所述光子器件包括：光学编码器；多路复用器，耦接至所述光学编码器的输出，多路复用器配置为使用至少一个光子自由度将来自所述光学编码器的编码光信号复用为复用光信号；探测器，耦接至包含所述光学编码器和所述多路复用器的光路的输出，并且配置为输出第一电流；调制器，耦接至所述探测器中的两个探测器的输出；以及控制器，耦接至所述光学编码器和所述调制器，所述控制器配置为：获得第一数值和第二数值；通过使用所述第一数值修改输入光信号，来控制所述光学编码器生成编码光信号；控制所述调制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：达留斯，
申请(专利权)人：光物质公司，
类型：发明
国别省市：