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　　光子学实验室（MDPL）团队提出了一种利用随机并行梯度下降算法（SPGD algorithm）的光学神经网络芯片在线训练方法ღ◈ღ★★，该方法相比目前主流的其他优化算法极大地减少了运算次数澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★，可以大大节约训练过程中的功耗澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★，有望应用于超大规模光学矩阵计算芯片的在线训练ღ◈ღ★★。

　　随着全球数据量的爆炸式增长ღ◈ღ★★，空分复用（SDM）技术已成为提高通信容量的一种有前途的解决方案ღ◈ღ★★，目前已经在多芯光纤ღ◈ღ★★、少模光纤和自由空间光通信中广泛应用ribibiღ◈ღ★★。然而澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★，由于光传输过程中不同信道会发生串扰ღ◈ღ★★，这将导致信号质量下降ღ◈ღ★★，因此需要在接收端用数字信号处理（DSP）算法来进行解扰ღ◈ღ★★，但这会增加复杂度ღ◈ღ★★、设计困难和功耗ღ◈ღ★★。

　　近年来ღ◈ღ★★，集成可重构光处理器已被用于模分复用系统中的光信号解扰ღ◈ღ★★。然而ღ◈ღ★★，目前主要的在线训练算法（如数值梯度下降算法）每次迭代都需要逐个更新变量来计算损失函数ribibiღ◈ღ★★，这会导致大量的计算量和较长的训练时间ღ◈ღ★★。而遗传算法（GA）ღ◈ღ★★、粒子群优化（PSO）算法等群体智能算法必须有足够大的种群规模以保证训练结果的可靠性ღ◈ღ★★，这也会带来较大的运算量ღ◈ღ★★，因此ღ◈ღ★★，寻找一种适用于光学矩阵配置的高效优化算法对大规模光子计算芯片在线训练与多维光通信系统均有较大意义ღ◈ღ★★。

　　最近ღ◈ღ★★，华中科技大学武汉光电国家研究中心王健教授带领的多维光子学实验室（MDPL）团队在光学矩阵计算芯片在线训练方面取得了进展ღ◈ღ★★，相关成果以“Efficient stochastic parallel gradient descent training for on-chip optical processor”为题作为封面文章发表在Opto-Electronic Advances (OEA, 光电进展）2024年第4期ღ◈ღ★★。该工作提出了一种利用随机并行梯度下降算法（SPGD algorithm）的光学神经网络芯片在线训练方法ღ◈ღ★★，算法流程图如图1所示ღ◈ღ★★，该方法相比目前主流的离散梯度下降算法ღ◈ღ★★、遗传算法澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★、粒子群算法等优化算法极大地减少了运算次数ღ◈ღ★★，可以大大节约训练过程中的功耗ღ◈ღ★★，有望应用于超大规模光学矩阵计算芯片的在线 SPGD算法流程图

　　为了验证所提出优化方法的可行性ღ◈ღ★★，该团队设计制造了基于级联马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的6×6可重构光处理器芯片并进行了在线训练实验ღ◈ღ★★，包括光交换矩阵ღ◈ღ★★、光信号解扰矩阵以及二者的结合ღ◈ღ★★。图2展示了该光处理在实际模分复用（MDM）光通信系统的应用场景以及处理器内部结构ღ◈ღ★★。图3给出了训练的结果ღ◈ღ★★，可以看到对于

　　图2 (a) MDM光通信系统中用于光交换和信道解码器的片上光处理器的概念图ღ◈ღ★★。(b)集成可重构光处理器内部结构图ღ◈ღ★★。

　　在此基础上ღ◈ღ★★，该团队将这种可重构光处理器芯片应用于高速光通信系统澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★，用于补偿传输过程中的模式串扰ღ◈ღ★★。所采用的实验装置图如图4（a）所示ღ◈ღ★★，采用20 Gbaud的16QAM信号ღ◈ღ★★，可以看到光经过训练好的光子芯片后信号的质量得到了显著的改善（见图4（e, f））澳门尼威斯人网站8311ღ◈ღ★★，误码率也明显下降ღ◈ღ★★。

　　最后ღ◈ღ★★，该团队还研究对比了光学矩阵规模扩大到10×10ღ◈ღ★★、16×16ღ◈ღ★★、32×32时SPGD算法与传统梯度算法ღ◈ღ★★、遗传算法和粒子群算法的运算量ribibiღ◈ღ★★，结果表明随着矩阵规模的扩大SPGD算法运算量的增幅小于其他算法ღ◈ღ★★。

　　团队负责人王健教授是武汉光电国家研究中心副主任ღ◈ღ★★，国家杰出青年科学基金获得者ღ◈ღ★★，当选电气与电子工程师协会会士（IEEE Fellow）ribibiღ◈ღ★★、美国光学学会会士（OPTICA Fellow）ღ◈ღ★★，国际光学工程学会会士（SPIE Fellow）ღ◈ღ★★。曾入选国家优秀青年科学基金ღ◈ღ★★、长江学者奖励计划青年学者ღ◈ღ★★、国家万人计划青年拔尖人才ღ◈ღ★★、英国皇家学会牛顿高级学者ღ◈ღ★★。担任美国光学学会会士评选委员

　　委员ღ◈ღ★★、中国光学学会常务理事ღ◈ღ★★、IEEE Photonics Society武汉分会副主席ღ◈ღ★★。入选20192023年度全球前2%顶尖科学家ღ◈ღ★★、爱思唯尔20202022年度中国高被引学者ღ◈ღ★★。第一完成人获教育部自然科学一等奖2次ribibiღ◈ღ★★、教育部青年科学奖1次ღ◈ღ★★、中国光学学会自然科学一等奖1次和王大珩光学中青年科技人员奖1次ღ◈ღ★★。相关论文澳门威尼斯人网站ღ◈ღ★★，澳门威斯尼斯人app下载安装ღ◈ღ★★。澳门尼威斯人网站ღ◈ღ★★。澳门·威尼斯人