1. Optical Reservoir Computing Using Multiple Light Scattering for Chaotic Systems Prediction
- Author
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Jonathan Dong, Sylvain Gigan, Mushegh Rafayelyan, Florent Krzakala, Laboratoire Kastler Brossel (LKB [Collège de France]), Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Collège de France (CdF)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Systèmes Désordonnés et Applications, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Kastler Brossel (LKB (Jussieu)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution)), Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
FOS: Computer and information sciences ,Computer science ,MathematicsofComputing_NUMERICALANALYSIS ,Computer Science - Emerging Technologies ,Optical computing ,02 engineering and technology ,01 natural sciences ,Light scattering ,Computational science ,010309 optics ,0103 physical sciences ,Modulation (music) ,Electrical and Electronic Engineering ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[PHYS]Physics [physics] ,business.industry ,Reservoir computing ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Atomic and Molecular Physics, and Optics ,Emerging Technologies (cs.ET) ,Recurrent neural network ,[INFO.INFO-ET]Computer Science [cs]/Emerging Technologies [cs.ET] ,Photonics ,0210 nano-technology ,business ,Phase modulation ,Efficient energy use - Abstract
Reservoir Computing is a relatively recent computational framework based on a large Recurrent Neural Network with fixed weights. Many physical implementations of Reservoir Computing have been proposed to improve speed and energy efficiency. In this study, we report new advances in Optical Reservoir Computing using multiple light scattering to accelerate the recursive computation of the reservoir states. Two different spatial light modulation technologies, namely, phase or binary amplitude modulations, are compared. Phase modulation is a promising direction already employed in other photonic implementations of Reservoir Computing. Additionally, we report a Digital-Micromirror-based Reservoir Computing at up to 640 Hz, more than double the previously reported frequency using a remotely controlled optical device developed by LightOn, and present new binarization strategies to improve the performance of binarized Reservoir Computing.
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