用于人工神经网络的光子张量加速器的制作方法

技术特征：
1.一种用于矢量乘法的光子单元，包括：第一光多路复用器，其接收代表第一矢量的第一光信号，其中，第一矢量中的每个元素在光的第一自由度(dof)/维度上被编码，并且在一个乘法周期中是非时间的，以产生第一多路复用光信号；第二光多路复用器，其接收与第一光信号相干的第二光信号，第二光信号表示第二矢量，其中第二矢量中的每个元素，以与映射为第一矢量相同的光映射的元素
‑
正交自由度(dof)/维度被编码，以产生第二多路复用光信号；以及光束组合器，其接收来自第一光多路复用器的第一多路复用光信号和来自第二光多路复用器的第二多路复用光信号，以便将第一多路复用光信号和第二多路复用光信号组合，以在第一光信号和第二光信号之间产生干涉，该干涉包含第一矢量和第二矢量在总干涉强度中的相乘结果。2.根据权利要求1所述的光子单元，其中，用于对其进行编码的光的第一自由度(dof)/维度是波长、空间模式、偏振、正交和波矢量的分量中的至少一个。3.根据权利要求1所述的光子单元，其中用于编码的光的第一自由度(dof)/维度是由光的两个或更多个自由度(dof)/维度的组合组成的超维度。4.根据权利要求2所述的光子单元，其中所述空间模式是以下中的至少一个：厄米
‑
高斯模式，拉盖尔
‑
高斯模式，或形成空间正交基的离散空间样本。5.根据权利要求2所述的光子单元，其中所述干涉的信号进入一非线性光学元件。6.根据权利要求2所述的光子单元，其中，所述总干涉强度被转换为电信号。7.根据权利要求6所述的光子单元，其中所述电信号进入一非线性电子元件。8.一种具有m
×
1矢量乘法的n
×
m矩阵的光子单元，包括：第一光多路复用器，其接收至少第一光信号，该第一光信号表示具有m个元素的至少一个m
×
1矢量，其中m
×
1矢量中的每个元素在光的第一正交自由度(dof)/维度上被编码，并且在一个乘法周期中是非时间的，以产生第一多路复用光信号，并且其中m是大于或等于1的正整数；光学复制器，其用于将表示m
×
1矢量的所述至少第一光信号复制为在光的第二正交自由度(dof)/维度上的n个附加光信号中的n个副本，其中n是大于或等于1的正整数；n个光多路复用器，在光的第二正交自由度(dof)/维度中，其与光学复制器相同，每个光多路复用器接收m个附加光信号，其中m个附加光信号中的每一个与第一光信号相干，n个附加光信号中的每一个表示m
×
n矩阵的一独立行，其中，m
×
n矩阵的行中的每个元素，以与映射为表示m
×
1矢量的第一光信号相同的光映射的元素
‑
正交自由度(dof)/维度被编码，以产生n个附加多路复用光信号；以及至少一个光束组合器，其接收来自第一光多路复用器的第一多路复用光信号和来自n个光多路复用器的n个附加多路复用光信号的n个副本，以便将其组合，以在第一光信号和n个附加光信号中的每一个之间产生n次干涉，n次干涉包含m
×
n矩阵和m
×
1矢量在n个总干涉强度中的相乘结果。9.根据权利要求8所述的光子单元，其中，用于编码或复制的光的第一和第二正交自由
度(dof)/维度中的至少一个是波长、空间模式、偏振、正交和波矢量的分量中的至少一个。10.根据权利要求8所述的光子单元，其中用于编码或复制的光的第一和第二正交自由度(dof)/维度中的至少一个是由两个或更多个光的自由度(dof)/维度的组合组成的超维度。11.根据权利要求8所述的光子单元，其中用于编码或复制的光的第一和第二正交自由度(dof)/维度是光的维度或超维度的非重叠子集。12.根据权利要求8所述的光子单元，其中所述空间模式是以下中的至少一个：厄米
‑
高斯模式，拉盖尔
‑
高斯模式，或形成空间正交基的离散空间样本。13.根据权利要求8所述的光子单元，其中至少一个干涉的信号进入一非线性光学元件。14.根据权利要求8所述的光子单元，其中至少一个总干涉强度被转换成电信号。15.根据权利要求14所述的光子单元，其中所述电信号进入一非线性电子元件。16.一种用于具有m
×
w矩阵乘法的n
×
m矩阵的光子单元，包括：光的第一正交自由度(dof)/维度中的第一组n个光多路复用器，其接收n个光信号，其中n个光信号中的每一个表示n
×
m矩阵中具有m个元素的一独立行，其中，n
×
m矩阵的每个独立行中的每个元素在光的第二正交自由度(dof)/维度上被编码，并且在一个乘法周期中是非时间的，以产生n个多路复用光信号，并且其中，m和n各自是大于或等于1的正整数；第一光学复制器，用于将表示n
×
m矩阵的多个独立行的n个多路复用光信号中的每一个复制为光的第三正交自由度(dof)/维度中的w个副本，其中w是大于或等于1的正整数；在光的第三正交自由度(dof)/维度中的第二组w个光多路复用器，其与接收w个附加光信号的第一光学复制器相同，其中w个附加光信号中的每一个与n个光信号相干，w个附加光信号中的每一个表示m
×
w矩阵中具有m个元素的一独立列，其中，m
×
w矩阵的每个独立列中的每个元素，以与映射为n
×
m矩阵的每个独立行中的每个元素相同的光映射的元素
‑
正交自由度(dof)/维度被编码，以产生w个附加的多路复用光信号；第二光学复制器，用于将表示m
×
w矩阵的独立列的w个多路复用信号中的每一个复制为光的第一正交自由度(dof)/维度中的n个副本，其与第一组n个光多路复用器相同；以及至少一个光束组合器，其接收两组n
×
w多路复用光信号，所述两组n
×
w多路复用光信号表示n
×
m矩阵和m
×
w矩阵中的每一个的适当复制的行或列，以便将之组合，以在n
×
m矩阵的每一行与m
×
w矩阵的列之间产生n
×
w次干涉，其中包含n
×
w总干涉强度的相乘结果。17.根据权利要求16所述的光子单元，其中，用于编码或复制的光的第一、第二、第三和第四正交自由度(dof)/维度中的至少一个是波长、空间模式、偏振、正交和波矢量的分量中的至少一个。18.根据权利要求16所述的光子单元，其中，用于编码或复制的光的第一正交自由度(dof)/维度、第二正交自由度(dof)/维度和第三正交自由度(dof)/维度中的至少一个是由两个或更多个光的自由度(dof)/维度的组合组成的超维度。19.根据权利要求16所述的光子单元，其中用于编码或复制的光的第一、第二和第三正交自由度(dof)/维度中的至少两个是光的维度或超维度的非重叠子集。
20.根据权利要求16所述的光子单元，其中所述空间模式是以下中的至少一个：厄米
‑
高斯模式，拉盖尔
‑
高斯模式，或形成空间正交基的离散空间样本。21.根据权利要求16所述的光子单元，其中至少一个干涉的信号进入一非线性光学元件。22.根据权利要求16所述的光子单元，其中至少一个总干涉强度被转换成电信号。23.根据权利要求22所述的光子单元，其中所述电信号进入一非线性电子元件。24.一种用于对b批矩阵，即多個n
×
m矩阵，
×
(m
×
w矩阵)进行求总和的光子单元，包括：在光的第一正交自由度(dof)/维度中的第一组n个光多路复用器，其用于接收n个光信号，其中n个光信号中的每一个表示第一个m
×
n矩阵中具有m个元素的一独立行，其中第一个m
×
n矩阵的每个独立行中的每个元素在光的第二正交自由度(dof)/维度上被编码，并且在一个乘法周期中是非时间的，以产生n个多路复用光信号，并且其中m和n各自为大于或等于1的正整数；第一光学复制器，用于将表示第一个n
×
m矩阵的多个独立行的n个多路复用光信号中的每一个复制为多个n
×
m矩阵的光的第三正交自由度(dof)/维度中的w个副本，其中w是大于或等于1的正整数；在光的第四正交自由度(dof)/维度中的第二多路复用器，其接收b个光信号，每个光信号包含n个多路复用光信号的在第三正交自由度(dof)/维度中的w个副本，n个多路复用光信号表示b
×
n
×
m矩阵之一的多个独立行，其中b是大于或等于1的正整数；在光的第三正交自由度(dof)/维度中的第三组w个光多路复用器，其与接收w个附加光信号的第一光学复制器所使用的相同，其中w个附加光信号中的每一个与n个光信号相干，w个附加光信号中的每一个表示多个m
×
w矩阵中的每一个中具有m个元素的一独立列，其中，m
×
w矩阵的每个独立列中的每个元素，以与映射为多个n
×
m矩阵中的每个矩阵的每个独立行中的每个元素相同的光映射元素
‑
正交自由度(dof)/维度被编码，以产生w个附加的多路复用光信号；第二光学复制器，用于将w个多路复用信号中表示m
×
w矩阵的独立列的每一个多路复用信号复制为光的第一正交自由度(dof)/维度中的n个副本，其与第一组n个光多路复用器相同；在光的第四正交自由度(dof)/维度中的第三光学复制器，其产生b个相同的光信号，每个光信号包含表示m
×
w矩阵中的每个矩阵的独立列的w个复用信号的在第一正交自由度(dof)/维度中的n个副本；以及至少一个光束组合器，其从第二多路复用器和第三光学复制器接收两组b
×
n
×
w的多路复用光信号，以将之组合，以产生n
×
w次的干涉，其包含在n
×
w的总干涉强度中b个不同的n
×
m矩阵与相同的m
×
w矩阵的乘积的总和，其中，光的第一正交自由度(dof)/维度、光的第二正交自由度(dof)/维度、光的第三正交自由度(dof)/维度和以及光的第四正交自由度(dof)/维度是不同的。25.根据权利要求24所述的光子单元，其中，用于编码或复制的光的第一、第二、第三和
第四正交自由度(dof)/维度中的至少一个是波长、空间模式、偏振、正交和波矢量的分量中的至少一个。26.根据权利要求24所述的光子单元，其中用于编码或复制的光的第一、第二、第三和第四正交自由度(dof)/维度中的至少一个是由光的两个或更多个自由度(dof)/维度的组合组成的超维度。27.根据权利要求24所述的光子单元，其中，用于编码或复制的光的第一、第二、第三和第四正交自由度(dof)/维度中的至少两个是光的维度或超维度的非重叠子集。28.根据权利要求24所述的光子单元，其中所述空间模式是以下中的至少一种：厄米
‑
高斯模式，拉盖尔
‑
高斯模式，或形成空间正交基的离散空间样本。29.根据权利要求24所述的光子单元，其中至少一个干涉的信号进入一非线性光学元件。30.根据权利要求24所述的光子单元，其中至少一个总干涉强度被转换成电信号。31.根据权利要求30所述的光子单元，其中所述电信号进入一非线性电子元件。32.一种用于两个张量相乘的光子单元，每个张量具有高于二的秩，光子单元包括：第一光多路复用器，其接收表示具有秩p的第一张量的第一光信号，第一张量的形式是[n1,n2,...,n
p
‑1,m]；第一编码器，用于将第一张量的每个元素从第一秩到第p秩分别编码到第一到第p正交自由度(dof)/维度上；第二光多路复用器，其接收与所述第一光信号相干的第二光信号，第二光信号表示具有秩q的第二张量，第二张量的形形式是[m,w1,...,w
q
‑1]n1,n2,...,n
p
‑1,m,w1,...,w
q
‑1，其中p和q各自是大于或等于1的正整数；第一组光学复制器，用于将表示张量的多路复用光信号在光的第(p 1)到第(p q)正交自由度(dof)/维度上复制为w1×
w2×
...w
q
‑1个副本；第二编码器，将第二张量的每个元素从第一秩到第q秩分别编码到第p到第(p q
‑
1)正交自由度(dof)/维度上，并且具有与映射为第一张量的第(p 1)到第(p q)正交自由度(dof)/维度的副本相同的光映射的元素
‑
正交自由度(dof)/维度；第二组光学复制器，用于将表示第二张量的多路复用信号复制为光的第一至第(p
‑
1)正交自由度(dof)/维度中的n1×
n2×
...
×
n
p
‑1个副本，其与光映射为第一张量的第一至第(p
‑
1)正交自由度(dof)/维度的光的元素
‑
正交自由度(dof)/维度相同；以及至少一个光束组合器，其从第一组光学复制器和第二组光学复制器接收两组[n1，n2，...，n
p
‑1，m，w1，...，w
q
‑1]多路复用光信号，以将之组合，以产生[n1，n2，...，n
p
‑1，w1，...，w
q
‑1]次干涉，该干涉包含在干涉强度中n1×
n2×
...
×
n
p
‑1×
w1×
...
×
w
q
‑1个不同的m元素矢量
‑
矢量乘法的乘积的总和。

技术总结
描述了用于矢量


技术研发人员：桂芳
受保护的技术使用者：中佛罗里达大学研究基金会
技术研发日：2019.10.15
技术公布日：2021/10/19