Experimentally realized in situ backpropagation for deep learning in photonic neural networks

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作者
Sunil Pai,Zhanghao Sun,Tyler W. Hughes,Tae‐Won Park,Ben Bartlett,Ian A. D. Williamson,Momchil Minkov,Maziyar Milanizadeh,Nathnael Abebe,Francesco Morichetti,Andrea Melloni,Shanhui Fan,Olav Solgaard,David A. B. Miller
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:380 (6643): 398-404 被引量:265
标识
DOI:10.1126/science.ade8450
摘要

Integrated photonic neural networks provide a promising platform for energy-efficient, high-throughput machine learning with extensive scientific and commercial applications. Photonic neural networks efficiently transform optically encoded inputs using Mach-Zehnder interferometer mesh networks interleaved with nonlinearities. We experimentally trained a three-layer, four-port silicon photonic neural network with programmable phase shifters and optical power monitoring to solve classification tasks using "in situ backpropagation," a photonic analog of the most popular method to train conventional neural networks. We measured backpropagated gradients for phase-shifter voltages by interfering forward- and backward-propagating light and simulated in situ backpropagation for 64-port photonic neural networks trained on MNIST image recognition given errors. All experiments performed comparably to digital simulations ([Formula: see text]94% test accuracy), and energy scaling analysis indicated a route to scalable machine learning.
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