在光子芯片上通过将固定算符与可编程移相器交错实现酉变换学习的 Goldilocks 原则

可编程光子集成电路代表了一项融合光子学与电子学的新兴技术，为高速、低功耗的光信息处理铺平了道路。可编程光子学提供了一个可重构以执行多种任务的灵活平台，因此在革新未来的光网络和量子计算系统方面具有巨大前景。在过去十年中，在开发用于实现可编程光子电路的几种不同架构方面取得了持续进展，这些架构允许用光实现任意离散酉变换。在此，我们系统地研究了一个通用光子电路系列，该系列基于将固定中间层与可编程移相器层交错的简单架构来实现任意酉变换。我们引入了一个关于中间算符的准则，该准则保证了此架构在用 $N+1$ 个相位层表示任意 $N \times N$ 酉算符时的通用性。我们针对不同的光子组件探索了这一准则，包括光波导晶格和定向耦合器网格，从而识别出几个可作为交错架构中中间层的光子组件系列。我们的发现为高效设计和实现用于多用途模拟信息处理的新型可编程光子集成电路系列铺平了道路。