[发明专利]可编程伊辛机及组合优化问题和密码学问题的解决方法

权利要求书

1.一种可编程伊辛机，其特征在于，包括：

依次环形连接的第一电光调制器（3a）、长光纤（4）、光电探测器（5）、编程模块（B）及混频器（10）；

激光脉冲产生装置（A），连接所述第一电光调制器（3a）的输入；

本振源（11），连接所述混频器（10）的输入；

其中，所述第一电光调制器（3a）用于对所述混频器（10）输入的电信号及所述激光脉冲产生装置（A）输入的激光脉冲信号进行电光调制，

所述长光纤（4），用于延长经所述第一电光调制器（3a）调制后的光信号的光环路时间；

所述光电探测器（5）用于将所述长光纤（4）传输的光信号转换为电信号；

所述编程模块（B）用于将所述光电探测器（5）输出的所述电信号转化为数字信号，对任意两个所述数字信号进行可编程耦合，再将可编程耦合后的数字信号转化为电信号并输入所述混频器（10）；

所述混频器（10）用于将本振信号及所述编程模块（B）输入的电信号进行混频，并产生相位随机的二相位自旋信号。

2.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述编程模块（B）包括模数转换器（8a），可编程器件（9），数模转换器（8b），其中，所述可编程器件（9）为具有矩阵运算能力的电子计算单元，包括FPGA、CPU、DSP中的任意一种；

所述可编程器件（9）也可以用于对所述数字信号的观测。

3.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述长光纤（4）为损耗小于等于0.2dB/km的储能元件，借助所述长光纤（4）的低损耗特性以及时分复用技术，可以实现大规模的伊辛自旋。

4.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述二相位为0或π。

5.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述激光脉冲产生装置（A）包括激光器（1），任意波形发生器（2）和第二电光调制器（3b），由所述激光器（1），所述第二电光调制器（3b），所述第一电光调制器（3a），所述光电探测器（5），所述本振源（11），电滤波器（7）和所述混频器（10）共同组成光电参量振荡器；

所述光电参量振荡器包括单环路或者至少二环路，其中，在所述至少二环路中，通过耦合器将所述光信号分成至少两路，对每一路的所述光信号进行不同的延时；

然后通过光电探测器（5）将每一路所述光信号转换成所述电信号，再通过电耦合器将每一路所述电信号耦合在一起；

或者，先通过耦合器将延时后的每一路所述光信号耦合在一起，再通过光电探测器（5）将所述光信号转换成所述电信号，用于降低相位噪声，提高基于光电参量振荡器的所述可编程伊辛机的工作稳定性。

6.根据权利要求5所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述任意波形发生器（2）可以提供方波或者高斯类型的脉冲信号。

7.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述光电探测器（5）和所述第一电光调制器（3a）之间通过电信号的部分为电路，所述电路中还包括一个或至少两个电放大器（6），所述电放大器（6）的输入可以连接所述光电探测器（5），所述编程模块（B）或所述混频器（10）的输出，用于将所述电信号放大，以促进起振；

所述电路中包括一个或至少两个电滤波器（7），所述电滤波器（7）的输入可以连接所述光电探测器（5），所述编程模块（B）或所述混频器（10）的输出，所述电滤波器（7）包括带通滤波器或者低通滤波器，用于滤除所述电信号中多余的频率。

8.根据权利要求7所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述电滤波器（7）为带通滤波器。

9.根据权利要求1所述的可编程伊辛机，其特征在于，所述光电探测器（5）和所述第一电光调制器（3a）之间通过电信号的部分为电路，所述电路中还包括功分器（12），所述功分器（12）的一路用于输出所述相位特定分布的二相位脉冲自旋电信号来进行观测。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述可编程伊辛机的组合优化问题和密码学问题的解决方法，其特征在于，包括：

使用光电非线性参量振荡的光脉冲的相位信息作为伊辛自旋的载体；

将所述组合优化问题和密码学问题映射到光电参量振荡器的增益/损耗特性上；

求解所述增益/损耗特性对应的哈密顿量的最小值，得到所述组合优化问题和密码学问题的最优解；

其中，所述求解所述增益/损耗特性对应的哈密顿量包括：

根据公式：

，

求解所述增益/损耗特性对应的哈密顿量，其中，H为系统的哈密顿量，是不同伊辛自旋i、j之间的相互作用矩阵，σ则是伊辛自旋i、j的方向，一般取值为﹢1或者﹣1，当系统的哈密顿量最小时，对应的伊辛自旋i、j的值即为所述组合优化问题和密码学问题的最优解。