Фотонні обчислення: фізичні принципи та апаратна реалізація оптичних процесорів

Abstract

Фотонні обчислення є перспективним напрямом розвитку високопродуктивних обчислювальних систем, у яких носіями інформації виступають фотони. У роботі розглянуто фізичні принципи функціонування фотонних процесорів, зокрема хвильове мультиплексування, інтерференцію в інтерферометрах Маха–Цендера та реалізацію матричних перетворень у фотонних інтегральних схемах. Проаналізовано проблему реалізації нелінійності в оптичних нейронних мережах та сучасні підходи до створення енергонезалежної фотонної пам’яті на основі матеріалів із фазовим переходом. Наведено приклади сучасних фотонних нейромережевих архітектур і перспективи застосування фотонних обчислень у задачах машинного зору та високошвидкісної обробки сигналів.

Photonic computing is a promising direction in the development of high-performance computing systems in which photons are used as information carriers. The paper considers the physical principles of photonic processors, including wavelength division multiplexing, interference in Mach–Zehnder interferometers, and implementation of matrix transformations in photonic integrated circuits. The problem of nonlinearity realization in optical neural networks and modern approaches to non-volatile photonic memory based on phase-change materials are analyzed. Examples of modern photonic neural architectures and prospects for applying photonic computing in machine vision and high-speed signal processing are presented.