大规模光学可编程逻辑阵列数据集

尽管光学逻辑计算已有 40 多年的发展，但由于当前方法受限于低效的光学非线性和冗余的输入调制，光的高并行性尚未得到充分利用，因此光学逻辑计算仍难以支持超过四个操作数。在本文中，我们提出了一种基于平行光谱调制的大规模光学可编程逻辑阵列（programmable logic array，PLA）。通过充分利用波长资源，我们实验演示了一个具有 256 个波长通道的八输入 PLA，并进一步通过波长维与空间维的结合将其扩展为九输入 PLA。基于该 PLA，首次在光学平台上实现了多种高级逻辑功能，包括 8→256 解码器、4 位比较器、加法器与乘法器，以及状态机。我们还首次实现了二维光学元胞自动机（cellular automaton，CA），并运行康威“生命游戏”模拟复杂的演化过程（脉冲星爆炸、滑翔机枪和繁殖器）。此外，还演示了其他 CA 模型，如类复制器演化以及生成谢尔宾斯基三角形的非各向同性演化。本工作显著缓解了光学逻辑器件在可扩展性方面的挑战，并为二维元胞自动机提供了通用的光学计算平台。