論文の概要: Programmable k-local Ising Machines and all-optical Kolmogorov-Arnold Networks on Photonic Platforms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.17440v1
- Date: Sun, 24 Aug 2025 16:39:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-26 18:43:45.525947
- Title: Programmable k-local Ising Machines and all-optical Kolmogorov-Arnold Networks on Photonic Platforms
- Title（参考訳）: フォトニックプラットフォーム上のプログラム可能なkローカルイジングマシンと全光学的コルモゴロフ・アルノルドネットワーク
- Authors: Nikita Stroev, Natalia G. Berloff,
- Abstract要約: 単一空間光変調器(SLM)中心のプリミティブを導入し,一ストローク,全光学的k-局所イジング相互作用を実現する。
本稿では,空間フォトニックIsingマシン,インジェクションロックされたVCSELアレイ,およびMicrosoftアナログ光学コンピュータの実装について概説する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We unify k-local Ising optimization and optical KAN function learning on a single photonic platform, establishing a critical convergence point in optical computing that enables interleaved discrete-continuous workflows. We introduce a single spacial light modulator (SLM)-centric primitive that realizes, in one stroke, all-optical k-local Ising interactions and fully optical Kolmogorov-Arnold network (KAN) layers. The central idea is to convert structural nonlinearity of a nominally linear photonic scatterer into a per-window computational resource by adding one relay pass through the same spatial light modulator. A folded 4f relay reimages the first Fourier plane onto the SLM so that each chosen spin clique or ridge channel occupies a disjoint window with its own second-pass phase patch. Propagation remains linear in the optical field, yet the measured intensity in each window becomes a freely programmable polynomial of the clique sum or projection amplitude. This yields native, per-clique k-local couplings without nonlinear media and, in parallel, the many independent univariate nonlinearities required by KAN layers, all with in-situ physical gradients for training using two-frame (forward and adjoint) physical gradients. We outline implementation on spatial photonic Ising machines, injection-locked VCSEL arrays, and the Microsoft analog optical computers. In all cases the hardware change is one extra lens and a fold (or an on-chip 4f loop), enabling a minimal overhead, massively parallel route to high-order optical Ising optimization and trainable, all-optical KAN processing.
- Abstract（参考訳）: 我々は、kローカルIsing最適化と光KA関数学習を単一のフォトニックプラットフォーム上で統合し、離散連続ワークフローをインターリーブする光学コンピューティングにおいて重要な収束点を確立する。
単一空間光変調器(SLM)中心のプリミティブを導入し,一ストローク,全光学的k局所Ising相互作用と完全光学的コルモゴロフ・アルノルドネットワーク(KAN)層を実現する。
中心となる考え方は、名目上線形フォトニック散乱器の構造的非線形性を、同じ空間光変調器に1つのリレーパスを加えることで、ウィンドウごとの計算資源に変換することである。
折り畳まれた4fリレーは、第1のフーリエ平面をSLM上に再表示し、選択されたスピン傾斜またはリッジチャネルが、それぞれの第2パス位相パッチで不整合ウィンドウを占有する。
伝搬は光学界において線形であるが、各窓の計測強度は、斜めの和または投射振幅の自由にプログラム可能な多項式となる。
これは非線形媒質を使わずにネイティブな、傾きごとのk-局所結合をもたらし、同時に、KAN層が要求する多くの独立な単変量非線形性は、すべて2フレーム(前方および隣接)の物理勾配を用いたトレーニングのためのその場での物理的勾配を持つ。
本稿では,空間フォトニックIsingマシン,インジェクションロックされたVCSELアレイ,およびMicrosoftアナログ光学コンピュータの実装について概説する。
あらゆるケースにおいて、ハードウェアの変更は1つの追加レンズと折り畳み(またはオンチップ4fループ)であり、最小限のオーバーヘッド、高次光学Ising最適化への超並列経路、およびトレーニング可能な全光学KA処理を可能にする。
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