Photonic enabled Petascale in-memory computing with Femtojoule energy consumption

Informations projet

PHOENICS

N° de convention de subvention: 101017237

DOI

10.3030/101017237

Projet clôturé

Date de signature de la CE 1 Decembre 2020

Date de début 1 Janvier 2021

Date de fin 30 Juin 2025

Financé au titre de

• EXCELLENT SCIENCE - Future and Emerging Technologies (FET)

Coût total

€ 5 883 191,25

Contribution de l’UE

€ 5 883 191,25

Coordonné par

UNIVERSITAET MUENSTER
Germany

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Les liens vers les livrables et les publications des projets du 7e PC, ainsi que les liens vers certains types de résultats spécifiques tels que les jeux de données et les logiciels, sont récupérés dynamiquement sur OpenAIRE .

Livrables

Documents, reports (7)

Report on analogue convolution processing strategy
Plan for Exploitation and Dissemination of Results
Report on performance of ACP devices
Principle description, schematic, and animation of a M by N photonic matrix network to show its scalability to public

Principle description, schematic, and animation of a M by N photonic matrix network to show its scalability to public

Report on the hybrid photonic integration of input modulation unit with 16 channels
Report on fabrication process and performance of a passive M by N photonic matrix network.

Report on fabrication process and performance of a passive M by N photonic matrix network

Report on photonic inter-chip connections

Demonstrators, pilots, prototypes (2)

Launch project website
Cross-disciplinary training session and photonics day panel discussion possibly in next E\PCOS conference in Oxford for topics covering neuromorphic computing platforms and technologies

Open Research Data Pilot (1)

Data Management Plan

Other (1)

Kick-off meeting with all consortium partners

Publications

Peer reviewed articles (39)

Comparing different nonlinearities in readout systems for optical neuromorphic computing networks

Auteurs: C. Ma, J. Lambrecht, F. Laporte, X. Yin, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 11(1), 2021, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-021-03594-0

Varifocal Metalens Using Tunable and Ultralow-loss Dielectrics

Auteurs: M. Wang; J. Sang Lee; S. Aggarwal; N. Farmakidis; Y. He; T. Cheng; H. Bhaskaran
Publié dans: Advanced Science, Numéro 10, 2023, ISSN 2198-3844
Éditeur: Wiley
DOI: 10.1002/advs.202204899

General design flow for waveguide Bragg gratings

Auteurs: Frank Brückerhoff-Plückelmann, Tim Buskasper, Julius Römer, Linus Krämer, Bilal Malik, Liam McRae, Linus Kürpick, Simon Palitza, Carsten Schuck, Wolfram Pernice
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 14, 2025, Page(s) 297-304, ISSN 2192-8614
Éditeur: Walter de Gruyter GmbH
DOI: 10.1515/nanoph-2024-0498

Integrated optical memristors

Auteurs: N. Youngblood, C. A. Ríos Ocampo, W. H. P. Pernice, H. Bhaskaran
Publié dans: Nature photonics, Numéro 17, 2023, Page(s) 561–572, ISSN 1749-4885
Éditeur: Nature Pub. Group
DOI: 10.1038/s41566-023-01217-w

Antimony as a Programmable Element in Integrated Nanophotonics

Auteurs: Samarth Aggarwal; Tara Milne; Nikolaos Farmakidis; Johannes Feldmann; Xuan Li; Yu Shu; Zengguang Cheng; Martin Salinga; Wolfram HP Pernice; Harish Bhaskaran
Publié dans: Nano Letters, Numéro 22(9), 2022, Page(s) 3532-3538, ISSN 1530-6992
Éditeur: ACS Publications
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04286

Spatio-spectral control of coherent nanophotonics

Auteurs: June Sang Lee, Nikolaos Farmakidis, Samarth Aggarwal, Bowei Dong, Wen Zhou, Wolfram H. P. Pernice, Harish Bhaskaran
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 13, 2024, Page(s) 2117-2125, ISSN 2192-8614
Éditeur: Walter de Gruyter GmbH
DOI: 10.1515/nanoph-2023-0651

Fast thermo-optic switching through parity-time symmetry breaking

Auteurs: Ravi Pradip, Akhil Varri, Liam McRae, Frank Brückerhoff-Plückelmann, Daniel Wendland, Philipp Lohmann, Rongyang Xu, Anna P. Ovvyan, Shabnam Taheriniya, Wolfram Pernice, Simone Ferrari
Publié dans: Optics Express, Numéro 33, 2025, Page(s) 36100, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.567666

Broadband photonic tensor core with integrated ultra-low crosstalk wavelength multiplexers

Auteurs: F. Brückerhoff-Plückelmann, J. Feldmann, H. Gehring, W. Zhou, C. D. Wright, H. Bhaskaran, W. Pernice
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 11(17), 2022, Page(s) 4063-4072, ISSN 2192-8614
Éditeur: De Gruyter
DOI: 10.1515/nanoph-2021-0752

Higher-dimensional processing using a photonic tensor core with continuous-time data

Auteurs: Bowei Dong; Samarth Aggarwal; Wen Zhou; Utku Emre Ali; Nikolaos Farmakidis; June Sang Lee; Yuhan He; Xuan Li; Dim-Lee Kwong; C. D. Wright; Wolfram H. P. Pernice; H. Bhaskaran
Publié dans: Nature Photonics, Numéro 17, 2023, Page(s) 1080–1088, ISSN 1749-4893
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41566-023-01313-x

Scalable High-Precision Trimming of Photonic Resonances by Polymer Exposure to Energetic Beams

Auteurs: N. Farmakidis; H. Yu; J. S. Lee; J. Feldmann; M. Wang; Y. He; S. Aggarwal; B. Dong; W. H. P. Pernice; H. Bhaskaran
Publié dans: Nano Letters, Numéro 23(11), 2023, Page(s) 4800-4806, ISSN 1530-6992
Éditeur: ACS
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00220

Fully integrated four-channel wavelength-division multiplexed QKD receiver

Auteurs: F. Beutel, F. Brückerhoff-Plückelmann, H. Gehring, V. Kovalyuk, P. Zolotov, G. Goltsman, W. H. P. Pernice
Publié dans: Optica, Numéro 9(10), 2022, Page(s) 1121-1130, ISSN 2334-2536
Éditeur: The Optical Society
DOI: 10.1364/optica.468982

Scalable and efficient grating couplers on low-index photonic platforms enabled by cryogenic deep silicon etching

Auteurs: E. Lomonte, M. Stappers, L. Krämer, W. H.P. Pernice, F. Lenzini
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 14(1), 2024, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-024-53975-4

Monadic Pavlovian associative learning in a backpropagation-free photonic network

Auteurs: J. Y. S. Tan, Z. Cheng, J. Feldmann, X. Li, N. Youngblood, U. E. Ali, C. D. Wright, W. H. P. Pernice, H. Bhaskaran
Publié dans: Optica, Numéro 9(7), 2022, Page(s) pp. 792-802, ISSN 2334-2536
Éditeur: OSA
DOI: 10.1364/optica.455864

High-Quality Amorphous Silicon Carbide for Hybrid Photonic Integration Deposited at a Low Temperature

Auteurs: B. Lopez-Rodriguez, R. van der Kolk, S. Aggarwal, N. Sharma, Z. Li, D. van der Plaats, T. Scholte, J. Chang, S. Gröblacher, S. F. Pereira, H. Bhaskaran, I. E. Zadeh
Publié dans: ACS Photonics, Numéro 10(10), 2023, ISSN 1520-5126
Éditeur: American Chemical Society
DOI: 10.1021/acsphotonics.3c00968

Wavelength dimension in waveguide-based photonic reservoir computing

Auteurs: E. Gooskens, F. Laporte, C.i Ma, S. Sackesyn, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Optics Express, Numéro 30(9), 2022, Page(s) pp. 15634-15647, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.455774

Addressing limited weight resolution in a fully optical neuromorphic reservoir computing readout

Auteurs: C. Ma, F. Laporte, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 11, 2021, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-021-82720-4

Efficient self-imaging grating couplers on a lithium-niobate-on-insulator platform at near-visible and telecom wavelengths

Auteurs: E. Lomonte, F. Lenzini, W. H. P. Pernice
Publié dans: Optics Express, Numéro 29(13), 2021, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.428138

In-memory photonic dot-product engine with electrically programmable weight banks

Auteurs: W. Zhou, B. Dong, N. Farmakidis, X. Li, N. Youngblood, K. Huang, Y. He, C. D. Wright, W. H. P. Pernice, H. Bhaskaran
Publié dans: Nature Communications, Numéro 14(1), 2023, Page(s) 2887, ISSN 2041-1723
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41467-023-38473-x

System-Level Simulation for Integrated Phase-Change Photonics

Auteurs: S. G. C. Carrillo, A. Lugnan, E. Ge-mo, P. Bienstman, W. Pernice, H. Bhaskaran, C. D. Wright
Publié dans: Journal of Lightwave Technology, Numéro 39(20), 2021, Page(s) 6392-6402, ISSN 1558-2213
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/jlt.2021.3099914

Mode Conversion Trimming in Asymmetric Directional Couplers Enabled by Silicon Ion Implantation

Auteurs: Rongyang Xu, Shabnam Taheriniya, Akhil Varri, Mark Ulanov, Iurii Konyshev, Linus Krämer, Liam McRae, Falk Leonard Ebert, Julian Rasmus Bankwitz, Xinyu Ma, Simone Ferrari, Harish Bhaskaran, Wolfram H.
Publié dans: Nano Letters, Numéro 24, 2024, Page(s) 10813-10819, ISSN 1530-6984
Éditeur: American Chemical Society
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02065

Reduced rank photonic computing accelerator

Auteurs: S. Aggarwal, B. Dong, J. Feldmann, N. Farmakidis, W. H. P. Pernice, H. Bhaskaran
Publié dans: Optica, Numéro 10(8), 2023, Page(s) pp. 1074-1080, ISSN 2334-2536
Éditeur: The Optical Society
DOI: 10.1364/optica.485883

Fabrication-friendly all-optical plasmonically-enhanced integrated phase-change photonic memory device

Auteurs: Junchao Song, Joe Pady, Emanuele Gemo, Nikolaos Farmakidis, Harish Bhaskaran, Ivonne Bente, Wolfram H. P. Pernice, C. David Wright
Publié dans: Optics Express, Numéro 33, 2025, Page(s) 52965, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.577518

Simulating self-learning in photorefrac-tive optical reservoir computers

Auteurs: F. Laporte, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 11(1), 2021, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-021-81899-w

Efficient mass manufacturing of high-density, ultra-low-loss Si₃N₄ photonic integrated circuits

Auteurs: Xinru Ji, Rui Ning Wang, Yang Liu, Johann Riemensberger, Zheru Qiu, Tobias J. Kippenberg
Publié dans: Optica, Numéro 11, 2024, Page(s) 1397, ISSN 2334-2536
Éditeur: Optica Publishing Group
DOI: 10.1364/optica.529673

The potential of multidimensional photonic computing

Auteurs: Ivonne Bente, Shabnam Taheriniya, Francesco Lenzini, Frank Brückerhoff-Plückelmann, Michael Kues, Harish Bhaskaran, C. David Wright, Wolfram Pernice
Publié dans: Nature Reviews Physics, Numéro 7, 2025, Page(s) 439-450, ISSN 2522-5820
Éditeur: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/s42254-025-00843-3

Towards “smart transceivers” in FPGA-controlled lithium-niobate-on-insulator integrated circuits for edge computing applications

Auteurs: J. Rasmus Bankwitz, Jelle Dijkstra, Ravi Pradip, Liam McRae, Emma Lomonte, Francesco Lenzini, and Wolfram H. P. Pernice
Publié dans: Optical Materials Express, Numéro 13(12), 2023, Page(s) pp. 3667-3676, ISSN 2159-3930
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/ome.503340

A large scale photonic matrix processor enabled by charge accumulation

Auteurs: F. Brückerhoff-Plückelmann , I. Bente, D. Wendland , J. Feldmann , C. D. Wright , H. Bhaskaran, W. H. P. Pernice
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 12(5), 2022, Page(s) 819-825, ISSN 2192-8614
Éditeur: Walter de Gruyter GmbH & Science Wise Publishing
DOI: 10.1515/nanoph-2022-0441

All optical tunable RF filter using elemental antimony

Auteurs: Samarth Aggarwal, Nikolaos Farmakidis, Bowei Dong, June Sang Lee, Mengyun Wang, Zhiyun Xu, Harish Bhaskaran
Publié dans: Nanophotonics, Numéro 13, 2024, Page(s) 2223-2229, ISSN 2192-8614
Éditeur: Walter de Gruyter GmbH
DOI: 10.1515/nanoph-2023-0654

Scalable non–volatile tuning of photonic computational memories by automated silicon ion implantation

Auteurs: A. Varri, S. Taheriniya, F. Brückerhoff-Plückelmann, I. Bente, N. Farmakidis, D. Bernhardt, H. Rösner, M. Kruth, A. Nadzeyka, T. Richter, C. D. Wright, H. Bhaskaran, G. Wilde, W. H. P. Pernice
Publié dans: Advanced Materials, 2023, ISSN 1521-4095
Éditeur: Wiley
DOI: 10.1002/adma.202310596

Probabilistic photonic computing for AI

Auteurs: Frank Brückerhoff-Plückelmann, Anna P. Ovvyan, Akhil Varri, Hendrik Borras, Bernhard Klein, Lennart Meyer, C. David Wright, Harish Bhaskaran, Ghazi Sarwat Syed, Abu Sebastian, Holger Fröning, Wolfr
Publié dans: Nature Computational Science, Numéro 5, 2025, Page(s) 377-387, ISSN 2662-8457
Éditeur: Springer Science and Business Media LLC
DOI: 10.1038/s43588-025-00800-1

Partial coherence enhances parallelized photonic computing

Auteurs: Bowei Dong, Frank Brückerhoff-Plückelmann, Lennart Meyer, Jelle Dijkstra, Ivonne Bente, Daniel Wendland, Akhil Varri, Samarth Aggarwal, Nikolaos Farmakidis, Mengyun Wang, Guoce Yang, June Sang Lee,
Publié dans: Nature, Numéro 632, 2024, Page(s) 55-62, ISSN 0028-0836
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41586-024-07590-y

An electroluminescent and tunable cavity-enhanced carbon-nanotube-emitter in the telecom band

Auteurs: A. P. Ovvyan, M.-K. L, H. Gehring, F. Beutel, S. Kumar, F. Hennrich, L. Wei, Y. Chen, F. Pyatkov, R. Krupke, W. H. P. Pernice
Publié dans: Nature Communications, Numéro 14, 2023, ISSN 2041-1723
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41467-023-39622-y

Probabilistic photonic computing with chaotic light

Auteurs: Frank Brückerhoff-Plückelmann, Hendrik Borras, Bernhard Klein, Akhil Varri, Marlon Becker, Jelle Dijkstra, Martin Brückerhoff, C. David Wright, Martin Salinga, Harish Bhaskaran, Benjamin Risse, Hol
Publié dans: Nature Communications, Numéro 15, 2024, ISSN 2041-1723
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41467-024-54931-6

Experimental results on nonlinear distortion compensation using photonic reservoir computing with a single set of weights for different wavelengths

Auteurs: E. Gooskens, S. Sackesyn, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Scientific Reports, Numéro 13, 2023, ISSN 2045-2322
Éditeur: Nature Publishing Group
DOI: 10.1038/s41598-023-48816-9

Noise-Resilient Photonic Analog Neural Networks

Auteurs: Akhil Varri, Frank Brückerhoff-Plückelmann, Jelle Dijkstra, Daniel Wendland, Rasmus Bankwitz, Apoorv Agnihotri, Wolfram H. P. Pernice
Publié dans: Journal of Lightwave Technology, Numéro 42, 2024, Page(s) 7969-7976, ISSN 0733-8724
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1109/jlt.2024.3433454

An integrated photonics engine for un-supervised correlation detection

Auteurs: S. G. Sarwat, F. Brückerhoff-Plückelmann, S. G. C. Carrillo, E. Gemo, J. Feldmann, H. Bhaskaran, C. D. Wright, W. Pernice, A. Sebastian
Publié dans: Science Advances, Numéro 8(22), 2022, ISSN 2375-2548
Éditeur: AAAS
DOI: 10.1126/sciadv.abn3243

Experimental realization of integrated photonic reservoir computing for nonlinear fiber distortion compensation

Auteurs: S. Sackesyn, C. Ma, J. Dambre, P. Bienstman
Publié dans: Optics Express, Numéro 29(20), 2021, Page(s) 30991-30997, ISSN 1094-4087
Éditeur: Optical Society of America
DOI: 10.1364/oe.435013

Event-driven adaptive optical neural network

Auteurs: F. Brückerhoff-Plückelmann, I. Bente, M. Becker, N. Vollmar, N. Farmakidis, E. Lomonte, F. Lenzini, C. D. Wright, H. Bhaskaran, M. Salinga, B. Risse, W. H. P. Pernice
Publié dans: Science Advances, Numéro 9(42), 2023, ISSN 2375-2548
Éditeur: AAAS
DOI: 10.1126/sciadv.adi9127

Electronically Reconfigurable Photonic Switches Incorporating Plasmonic Structures and Phase Change Materials

Auteurs: N. Farmakidis, N. Youngblood, J. S. Lee, J. Feldmann, A. Lodi, X. Li, S. Aggarwal, W. Zhou, L. Bogani, W. H. P. Pernice, C. D. Wright, H. Bhaskaran
Publié dans: Advanced Science, Numéro 9(20), 2022, ISSN 2198-3844
Éditeur: Wiley
DOI: 10.1002/advs.202270122

Conference proceedings (1)

Design for Robust and Efficient Neuromorphic Photonic Accelerator

Auteurs: Aggarwal, Samarth; Dong, Bowei; Sang Lee, June; Wang, Mengyun; Katumba, Andrew; Bienstman, Peter; Bhaskaran, Harish
Publié dans: IEEE International Conference on Emerging Electronics (ICEE), Numéro 8, 2022, ISBN 9781665491853
Éditeur: IEEE
DOI: 10.1109/icee56203.2022.10117902

Book chapters (1)

Wavelength Tunable, Polymer-Based Arrayed Waveguide Gratings for Hybrid Integration

Auteurs: Martin Kresse, Moritz Kleinert, David de Felipe, Tianwen Qian, Philipp Winklhofer, Madeleine Weigel, Klara Mihov, Jakob Reck, Crispin Zawadzki, Norbert Keil, Martin Schell
Publié dans: Springer Proceedings in Physics, The 25th European Conference on Integrated Optics, 2024, Page(s) 111-117
Éditeur: Springer Nature Switzerland
DOI: 10.1007/978-3-031-63378-2_19