Partial coherence enhances parallelized photonic computing

光子学 计算机科学 硅光子学 连贯性(哲学赌博策略) 光学相干层析成像 电子工程 光学 物理 工程类 量子力学
作者
Bowei Dong,Frank Brückerhoff‐Plückelmann,Lennart Meyer,Jelle Dijkstra,Ivonne Bente,Daniel Wendland,Akhil Varri,Samarth Aggarwal,Nikolaos Farmakidis,Mengyun Wang,Guoce Yang,June Sang Lee,Yuhan He,Emmanuel Gooskens,Dim‐Lee Kwong,Peter Bienstman,Wolfram H. P. Pernice,Harish Bhaskaran
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:632 (8023): 55-62 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07590-y
摘要

Abstract Advancements in optical coherence control 1–5 have unlocked many cutting-edge applications, including long-haul communication, light detection and ranging (LiDAR) and optical coherence tomography 6–8 . Prevailing wisdom suggests that using more coherent light sources leads to enhanced system performance and device functionalities 9–11 . Our study introduces a photonic convolutional processing system that takes advantage of partially coherent light to boost computing parallelism without substantially sacrificing accuracy, potentially enabling larger-size photonic tensor cores. The reduction of the degree of coherence optimizes bandwidth use in the photonic convolutional processing system. This breakthrough challenges the traditional belief that coherence is essential or even advantageous in integrated photonic accelerators, thereby enabling the use of light sources with less rigorous feedback control and thermal-management requirements for high-throughput photonic computing. Here we demonstrate such a system in two photonic platforms for computing applications: a photonic tensor core using phase-change-material photonic memories that delivers parallel convolution operations to classify the gaits of ten patients with Parkinson’s disease with 92.2% accuracy (92.7% theoretically) and a silicon photonic tensor core with embedded electro-absorption modulators (EAMs) to facilitate 0.108 tera operations per second (TOPS) convolutional processing for classifying the Modified National Institute of Standards and Technology (MNIST) handwritten digits dataset with 92.4% accuracy (95.0% theoretically).
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