基于稀土离子掺杂纳米晶发光动力学的紧凑全光储备计算
光学
2025-08-25 v1
摘要
光学神经形态计算为高速、低能耗的信息处理提供了可行路径。然而，作为增强计算表达性的关键组件——光子神经元，仍面临非线性映射和记忆容量的显著瓶颈。本文首次展示了基于稀土离子掺杂纳米晶的全光储备计算系统，利用其内在的非线性发光动力学和多时间尺度记忆。与需要笨重光学延迟或复杂共挑结构的传统方案不同，我们的平台利用材料的固有属性：非线性互解过程实现非线性映射，而毫秒尺度的 metastable 能级提供衰减记忆。作为概念验证，我们使用基于稀土离子的系统实现了 90.7% 的 MNIST 手写数字分类准确率和低误差混沌时间序列预测（NRMSE < 0.1）。我们的工作显著降低了系统占地和复杂度，为边缘计算和实时神经形态应用提供了可扩展的全光解方案。
引用
@article{arxiv.2508.16042,
title = {Compact All optical Reservoir Computing via Luminescence Dynamics in Rare-earth Ions-doped Nanocrystals},
author = {Junyan Chen and Jingsong Fu and Jie Xu and Yixiang Qin and Axin Du and Kaiyang Wang and Limin Jin and Can Huang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.16042},
year = {2025}
}