用于矩阵计算的平衡光子架构的制作方法

背景技术：

1、随着常规冯诺依曼架构(之前以摩尔定律和库米定律为特征)的计算性能增长放缓，光子计算已成为维持计算进步的有希望的候选者。与电子计算相比，光子具有提高速度和节省能源的潜力；事实上，将计算从电子域转移到光学(或，同义地，光子)域的努力在很大程度上是受到光子已经给远程通信和数据通信领域带来的速度和能源优势的启发。

技术实现思路

技术特征：

1.一种光子回路，其包括：

2.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述前端光学分离器包括3db耦合器的对称级联。

3.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述多个后端光学组合器中的每一个各自包括3db耦合器的对称级联。

4.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述多个后端光学组合器和被配置为将所述第一经调制的光学信号路由到所述第二光学调制器元件的所述多个波导结构形成波导交叉，所述光子回路进一步包括在所述后端光学组合器中的虚拟波导交叉，其中对于所述第二光学调制器元件的集合中的每一个集合，所述波导交叉和所述虚拟波导交叉跨从所述集合中的所述多个第二光学调制器元件到所述相关联的后端光学组合器的输出的所有路径在总和上被平衡。

5.根据权利要求4所述的光子回路，进一步包括在被配置为将所述第一经调制的光学信号路由到所述第二光学调制器元件的所述波导结构中的虚拟波导交叉，其中所述波导交叉和所述虚拟波导交叉跨所有后端光学组合器在总和上被进一步平衡。

6.根据权利要求4所述的光子回路，其中所述虚拟波导交叉在空间上聚集。

7.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述多个波导结构中的每一个包括沿着波导布置的一系列光学耦合器，所述一系列光学耦合器将所述相对应的第一经调制的光学信号的功率一部分顺序地耦合到所述第二光学调制器元件的多个集合中的所述相对应的第二光学调制器元件。

8.根据权利要求7所述的光子回路，其中所述一系列光学耦合器的功率耦合比被配置为跨第二光学调制器元件的所有集合平衡光学输入功率。

9.根据权利要求7所述的光子回路，其中所述多个集合中的所述第二光学调制器元件被布置成行和列的矩形阵列，被配置为将所述第一经调制的光学信号路由到所述第二光学调制器元件的所述波导结构的所述波导沿着所述行被布置，并且每个集合中的所述第二光学调制器元件沿着所述列中的相对应的一列被布置。

10.根据权利要求9所述的光子回路，其中所述多个后端光学组合器各自被配置为在所述后端光学组合器与被配置为路由所述第一经调制的光学信号的所述波导结构的所有波导交叉之后在所述相对应的列的底部处相干地组合所述多个第二经调制的光学信号。

11.根据权利要求9所述的光子回路，其中所述多个后端光学组合器各自被配置为在所述后端光学组合器与被配置为路由所述第一经调制的光学信号的所述波导结构的波导交叉之前在所述波导结构的所述相对应的波导之间组合所述第二经调制的光学信号的对。

12.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述第二光学调制器元件包括可共同配置为实施任何正实值矩阵的光学幅度调制器。

13.根据权利要求12所述的光子回路，其中所述第二光学调制器元件进一步包括与所述光学幅度调制器结合可共同配置为实施任何实值或复值矩阵的光学相位调制器。

14.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述多个后端光学组合器的输出处的总有源插入损耗随所述第一矢量和所述第二矢量的尺寸线性缩放。

15.根据权利要求1所述的光子回路，进一步包括在所述多个后端光学组合器的输出处的光学放大器或衰减器，所述光学放大器或衰减器可共同配置为将所述光子回路的保真度恢复到100％。

16.根据权利要求1所述的光子回路，进一步包括在所述多个后端光学组合器的输出处的多个相应光学接收器，所述多个相应光学接收器被配置为将所述光学输出信号转换成相应电子输出信号。

17.根据权利要求16所述的光子回路，其中：

18.根据权利要求17所述的光子回路，其中：

19.根据权利要求16所述的光子回路，其中：

20.根据权利要求19所述的光子回路，其中所述多个波导结构被配置作为对称光学波导树，在所述对称光学波导树的结点处具有均匀功率耦合比的耦合器。

21.根据权利要求20所述的光子回路，其中：

22.根据权利要求21所述的光子回路，其中：

23.根据权利要求21所述的光子回路，其中：

24.根据权利要求21所述的光子回路，其中：

25.根据权利要求20所述的光子回路，其中：

26.根据权利要求16所述的光子回路，其中所述光学接收器各自包括光检测器。

27.根据权利要求16所述的光子回路，其中所述光学接收器包括一个或多个相干接收器，所述相干接收器各自包括被配置为将相应光学输出信号与本地振荡器信号混合的光学混合器、用于测量所述光学混合器的光学输出的强度的一对光检测器，以及用于组合所述一对光检测器的电子输出的光学放大器。

28.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述后端光学组合器中的每一个包括在逆光学波导树的结点处形成的3db耦合器的级联，以及在所述结点中的每一个之前在所述结点处组合的一对波导中的每个波导中的相位偏移器。

29.根据权利要求28所述的光子回路，其中，在所述结点中的一个处组合的每对波导中，所述波导中的一个中的所述相位偏移器被控制，并且所述波导中的另一个中的所述相位偏移器是虚拟相位偏移器。

30.根据权利要求1所述的光子回路，其中所述第一光学调制器元件和所述第二光学调制器元件各自包括光学幅度调制器。

31.根据权利要求30所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器包括电子驱动的光学设备，所述电子驱动的光学设备的输出光学幅度在电压值范围内单调地取决于可变驱动信号电压的电压值。

32.根据权利要求31所述的光子回路，其中所述电子驱动的光学设备包括电吸收调制器或电光环形调制器中的至少一个。

33.根据权利要求31所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器中的至少一个进一步包括马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪在其干涉仪臂中的一个中包括所述电子驱动的光学设备中的一个，其中所述马赫-曾德尔干涉仪的分离耦合器和组合耦合器的耦合比被配置为使得所述马赫-曾德尔干涉仪的输出处的光学幅度在所述驱动信号电压的所述电压值范围的一端处为零。

34.根据权利要求31所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器中的至少一个进一步包括马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪在其两个干涉仪臂中包括所述电子驱动的光学设备的两个相应设备，其中所述两个光学设备被差分地驱动。

35.根据权利要求30所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器中的至少一个包括马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪在其干涉仪臂中的一个中包括电子驱动的光学相位偏移器，其中在被施加到所述光学相位偏移器的可变驱动信号电压的电压值范围内，所述马赫-曾德尔干涉仪的输出处的光学幅度单调地取决于所述可变驱动信号电压的电压值。

36.根据权利要求30所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器中的至少一个包括马赫-曾德尔干涉仪，所述马赫-曾德尔干涉仪在其两个干涉仪臂中包括两个相应电子驱动的光学相位偏移器，其中所述两个光学相位偏移器被差分地驱动，并且其中在被施加到所述光学相位偏移器的可变差分驱动信号电压的电压值范围内，所述马赫-曾德尔干涉仪的输出处的光学幅度单调地取决于所述可变差分驱动信号电压的电压值。

37.根据权利要求30所述的光子回路，其中所述光学幅度调制器由从模拟输入创建的驱动信号电压电子地驱动，并且其中将所述模拟输入映射到所述驱动信号电压的传递函数基于从所述驱动信号电压到所述光学幅度调制器的输出光学幅度的传递函数进行配置，使得从所述模拟输入到所述输出光学幅度的整体传递函数基本上是线性的。

38.一种方法，其包括：

39.根据权利要求38所述的方法，其中：

40.根据权利要求38所述的方法，其中：

41.根据权利要求38所述的方法，进一步包括跨从所述光学输入到将所述光学输出信号转换成电子输出信号的光学接收器的光学路径平衡光学损耗。

技术总结
矢量和矩阵乘法可以在光子回路系统中通过将已经根据矢量和矩阵分量在幅度和/或相位上进行光学调制的光进行相干组合来实现。公开了各种有益的光子回路布局，其特征在于损耗和延迟平衡的光学路径。在各种实施例中，通过适当的光学耦合比和跨路径的波导交叉的平衡数量(在需要时使用虚拟交叉)来实现跨路径的损耗平衡。在一些实施例中，利用几何延迟匹配的光学路径来平衡延迟。

技术研发人员：Y·马,N·普列罗斯,D·拉佐夫斯基,G·基亚莫吉安尼斯,A·特萨卡里蒂斯,A·托托维奇,M·博斯,P·温特波顿
受保护的技术使用者：天体人工智能公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15