近日，上海理工大學(xué)莊松林院士領(lǐng)導(dǎo)的太赫茲技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊臧小飛教授、朱亦鳴教授聯(lián)合英國赫瑞瓦特大學(xué)陳獻(xiàn)忠教授課題組，提出了一種新穎的方向性衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（D-D2NN）架構(gòu)?；谧孕怦钚统瑯?gòu)表面的鏡像雙極性特性，通過聯(lián)合改變光的傳播方向和多層超構(gòu)表面的層間距，實現(xiàn)了在傳播方向上的多功能全光智能信息處理。研究成果以“方向性全光衍射處理器”（High-capacity directional information processor using all-optical multilayered neural networks）為題發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances），碩士生王冠南為第一作者，臧小飛教授、朱亦鳴教授、陳獻(xiàn)忠教授為通訊作者，上海理工大學(xué)為第一單位。
本研究針對傳統(tǒng)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在光傳播方向上的功能局限性問題，提出基于全光多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高容量方向性信息處理器新架構(gòu)。通過將光的傳播方向作為新自由度引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的方向性模式識別切換、類計算處理及高容量信息加密。研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地使用多層自旋解耦型超構(gòu)表面，通過獨(dú)立調(diào)控左旋和右旋圓偏振光，結(jié)合超構(gòu)表面的鏡像雙極性特性，實現(xiàn)多任務(wù)（手寫數(shù)字分類和時尚產(chǎn)品分類）可切換的方向性衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)一步通過聯(lián)合控制光傳播方向和超構(gòu)表面層間距，使方向性衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生四個復(fù)用功能通道。結(jié)合基于圖像映射的模型訓(xùn)練方法，實現(xiàn)一種類計算處理器（加法、減法、乘法和除法）。最后，通過將明文信息編碼為密文并并劃分多個信息傳輸通道，基于方向性衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)一種高容量、高安全性的信息加密平臺。實驗結(jié)果表明，方向性衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行雙向獨(dú)立功能設(shè)計，并實現(xiàn)方向性信息處理相關(guān)功能。該研究為大規(guī)模并行處理，光計算，信息安全和人工智能系統(tǒng)開辟新的應(yīng)用前景。
基于D-D2NN的方向性全光智能信息處理
文章鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu0904
