The explosive growth of computation and energy cost of artificial intelligence has spurred strong interests in new computing modalities as potential alternatives to conventional electronic processors. Photonic processors that execute operations using photons instead of electrons, have promised to enable optical neural networks with ultra-low latency and power consumption. However, existing optical neural networks, limited by the underlying network designs, have achieved image recognition accuracy much lower than state-of-the-art electronic neural networks. In this work, we close this gap by introducing a large-kernel spatially-varying convolutional neural network learned via low-dimensional reparameterization techniques. We experimentally instantiate the network with a flat meta-optical system that encompasses an array of nanophotonic structures designed to induce angle-dependent responses. Combined with an extremely lightweight electronic backend with approximately 2K parameters we demonstrate a nanophotonic neural network reaches 73.80\% blind test classification accuracy on CIFAR-10 dataset, and, as such, the first time, an optical neural network outperforms the first modern digital neural network -- AlexNet (72.64\%) with 57M parameters, bringing optical neural network into modern deep learning era.


翻译:人工智能计算量和能耗的爆炸式增长,激发了学界对新型计算范式作为传统电子处理器潜在替代方案的浓厚兴趣。光子处理器利用光子而非电子执行运算,有望实现具有超低延迟和功耗的光学神经网络。然而,现有光学神经网络受限于其底层网络设计,在图像识别精度上远低于最先进的电子神经网络。本研究通过引入经低维重参数化技术学习的、大核空间变分卷积神经网络,填补了这一差距。我们利用平面超光学系统实验实现了该网络——该系统包含一组旨在产生角度依赖响应的纳米光子结构阵列。结合一个仅约2000个参数的极轻量级电子后端,我们证明该纳米光子神经网络在CIFAR-10数据集上达到73.80%的盲测分类准确率,这是光学神经网络首次超越首个现代数字神经网络——拥有5700万个参数的AlexNet(72.64%),从而将光学神经网络带入现代深度学习时代。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月22日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
11+阅读 · 2021年2月17日
VIP会员
最新内容
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
6+阅读 · 6月2日
《反无人机系统传感器融合》90页报告
专知会员服务
11+阅读 · 6月2日
运用人工智能与卫星通信驱散“战争迷雾”
专知会员服务
4+阅读 · 6月2日
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
5+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
9+阅读 · 6月1日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年9月22日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
11+阅读 · 2021年2月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员