論文の概要: Demonstration of Superconducting Optoelectronic Single-Photon Synapses
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.09665v1
- Date: Wed, 20 Apr 2022 17:55:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2022-04-21 15:45:36.826365
- Title: Demonstration of Superconducting Optoelectronic Single-Photon Synapses
- Title（参考訳）: 超伝導光電子単一光子シナプスの実証
- Authors: Saeed Khan, Bryce A. Primavera, Jeff Chiles, Adam N. McCaughan, Sonia
M. Buckley, Alexander N. Tait, Adriana Lita, John Biesecker, Anna Fox, David
Olaya, Richard P. Mirin, Sae Woo Nam, and Jeffrey M. Shainline
- Abstract要約: 超伝導光電子ハードウェアは人工スパイクニューラルネットワークへの道として研究されている。
この技術のスケーリングには、超伝導デバイスとフォトニックデバイスとのモノリシックな統合が必要である。
単一光子前シナプス信号のアナログ重み付けと時間的漏洩積分を行う回路を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 42.60602838972598
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Superconducting optoelectronic hardware is being explored as a path towards
artificial spiking neural networks with unprecedented scales of complexity and
computational ability. Such hardware combines integrated-photonic components
for few-photon, light-speed communication with superconducting circuits for
fast, energy-efficient computation. Monolithic integration of superconducting
and photonic devices is necessary for the scaling of this technology. In the
present work, superconducting-nanowire single-photon detectors are
monolithically integrated with Josephson junctions for the first time, enabling
the realization of superconducting optoelectronic synapses. We present circuits
that perform analog weighting and temporal leaky integration of single-photon
presynaptic signals. Synaptic weighting is implemented in the electronic domain
so that binary, single-photon communication can be maintained. Records of
recent synaptic activity are locally stored as current in superconducting
loops. Dendritic and neuronal nonlinearities are implemented with a second
stage of Josephson circuitry. The hardware presents great design flexibility,
with demonstrated synaptic time constants spanning four orders of magnitude
(hundreds of nanoseconds to milliseconds). The synapses are responsive to
presynaptic spike rates exceeding 10 MHz and consume approximately 33 aJ of
dynamic power per synapse event before accounting for cooling. In addition to
neuromorphic hardware, these circuits introduce new avenues towards realizing
large-scale single-photon-detector arrays for diverse imaging, sensing, and
quantum communication applications.
- Abstract（参考訳）: 超伝導光電子ハードウェアは、前例のない複雑さと計算能力を持つ人工スパイクニューラルネットワークへの道として研究されている。
このようなハードウェアは、少数の光子、光速通信のための集積フォトニックコンポーネントと、高速でエネルギー効率の良い計算のために超伝導回路を組み合わせる。
超伝導デバイスとフォトニックデバイスのモノリシックな統合は、この技術のスケーリングに不可欠である。
本研究は、超伝導-ナノワイヤ単光子検出器をジョセフソン接合と初めてモノリシックに統合し、超伝導光電子シナプスの実現を可能にする。
単一光子前シナプス信号のアナログ重み付けと時間的漏洩積分を行う回路を提案する。
シナプス重み付けは電子領域に実装され、バイナリで単一光子通信を維持することができる。
最近のシナプス活動の記録は超伝導ループの電流として局所的に保存されている。
樹状および神経細胞の非線形性はジョセフソン回路の第2段階で実装される。
ハードウェアは設計の柔軟性が高く、4桁(数百ナノ秒からミリ秒)のシナプス時間定数が示される。
シナプスは10MHzを超えるシナプス前のスパイクレートに反応し、冷却に先立ってシナプスのイベントごとに約33 aJのダイナミックパワーを消費する。
ニューロモルフィックハードウェアに加えて、これらの回路は多様なイメージング、センシング、量子通信用途のために大規模な単一光子検出器アレイを実現するための新しい方法を導入している。
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