相干光学交叉开关作为通用线性操作符
摘要：线性光学旨在通过光学元件实现任意的实值和/或复值矩阵算子，适用于量子光子学、微波光子学和光学神经网络等广泛应用领域。将线性算子转化为光子实验布局通常依赖于奇异值分解（SVD）技术，结合串联的2x2马赫曾德干涉仪（MZIs），主要挑战是实验中目标矩阵的精确表示，即保真度，以及总体插入损耗。我们展示了一种新颖的干涉相干光子交叉开关架构（Xbar），与现有的SVD实现有所区别，可以实现任何线性算子，并支持由损耗引起的保真度的完全恢复。其新颖的干涉设计允许将每个矩阵元素直接映射到单个指定的Xbar节点上，将编程步骤的数量减少到只有一个。我们提出了Xbar的理论基础，证明其插入损耗与节点损耗成线性比例变化，而不是SVD对应物所观察到的指数比例变化。这导致了一个具有显著较低总体插入损耗的矩阵设计，与基于SVD方案相比，当利用最先进的硅光子制造度量时，允许使用能耗更低、操作速度更高的替代节点技术。最后，我们证实了我们的Xbar架构是第一个支持保真度恢复的线性算子，以性能在损耗和相位误差方面优于SVD方案，并形成对损耗和相位偏差更加稳健的布局。
作者：George Giamougiannis, Apostolos Tsakyridis, Yangjin Ma, Angelina Totovic, David Lazovsky, Nikos Pleros
论文ID：2208.12033
分类：Emerging Technologies
分类简称：cs.ET
提交时间：2023-04-12