Photonic artificial intelligence has attracted considerable interest in accelerating machine learning; however, the unique optical properties have not been fully utilized for achieving higher-order functionalities. Chaotic itinerancy, with its spontaneous transient dynamics among multiple quasi-attractors, can be employed to realize brain-like functionalities. In this paper, we propose a method for controlling the chaotic itinerancy in a multi-mode semiconductor laser to solve a machine learning task, known as the multi-armed bandit problem, which is fundamental to reinforcement learning. The proposed method utilizes ultrafast chaotic itinerant motion in mode competition dynamics controlled via optical injection. We found that the exploration mechanism is completely different from a conventional searching algorithm and is highly scalable, outperforming the conventional approaches for large-scale bandit problems. This study paves the way to utilize chaotic itinerancy for effectively solving complex machine learning tasks as photonic hardware accelerators.


翻译:光学人工智能吸引了人们对加速机器学习的极大兴趣;然而,独特的光学特性尚未被充分利用以实现更高层次的功能。 潮流及其在多个准吸引器中自发的瞬态动态可以被用于实现像大脑的功能。 在本文中,我们提出了一种方法来控制多模式半导体激光中混乱的挥发性,以解决机器学习任务,即所谓多臂强盗问题,这是强化学习的基础。 拟议的方法在通过光学注射控制的模式竞争动态中使用了超快的混乱性动态。 我们发现,探索机制与常规的搜索算法完全不同,而且高度可扩展,超过了大型强力问题的传统方法。 这项研究铺平了使用混乱性的方法,有效地解决作为光学硬件加速器的复杂机器学习任务。

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