利用 III-V 纳米线组件在单一共享波导光网络中实现昆虫脑计算电路
介观与纳米尺度物理
2020-10-15 v1
摘要
光子学的最新进展包括高效的纳米级光电子组件以及亚波长光操控的新方法。在此，我们探索此类器件作为神经形态计算基底的潜力。我们提出了一种人工神经网络，其中节点间的加权连接通过在同一准二维波导内发射和接收重叠光信号来实现。与现有光学方案相比，这使电路面积减小至少一个数量级。光信号的接收、评估与发射由基于已知高效 III-V 纳米线光电子器件构建的神经元样节点完成，从而将网络功耗降至最低。为验证该概念，我们基于昆虫脑中央复合体导航电路的解剖学正确功能模型构建了计算模型。我们利用实验推导的参数，详细模拟了复现该网络中心部分连接所需的光学与电子部件。结果作为完整模型的输入，我们证明了其功能得以保持。我们的方法指出了一种通用方法，可大幅减小光电神经网络的占地面积并提升能效，充分利用光作为信息载体的卓越速度与能量效率。
引用
@article{arxiv.2003.01087,
title = {Implementing an insect brain computational circuit using III-V nanowire components in a single shared waveguide optical network},
author = {David O. Winge and Steven Limpert and Heiner Linke and Magnus T. Borgström and Barbara Webb and Stanley Heinze and Anders Mikkelsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.01087},
year = {2020}
}
备注
28 pages, 6 figures; supplementary information 15 pages, 8 figures