[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

说明书

本发明提供一种可编程伊辛机及组合优化问题和密码学问题的解决方法，可编程伊辛机包括：依次环形连接的第一电光调制器、长光纤、光电探测器、编程模块及混频器；激光脉冲产生装置，连接第一电光调制器的输入；本振源，连接混频器的输入。本发明的可编程伊辛机可以实现超大规模的伊辛自旋，具有大带宽、免电磁干扰的特点，借助可编程器件，可以实现任意自旋之间的可编程连接，产生相位特定分布的二相位脉冲自旋电信号，对应可编程伊辛机的最小增益，最小增益对应组合优化问题和密码学问题的最优解。

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种可编程伊辛机及组合优化问题和密码学问题的解决方法。

背景技术

组合优化问题是现代生产生活中十分普遍的问题，对组合优化问题的研究和求解是包括金融、药物研发、交通控管、电路设计、以及人工智能等诸多领域的重要课题。例如，在铁路运输当中，列车编组计划问题是一类超大规模的组织优化问题，高效的列车编组不仅能够保证货物以最经济的速度送达，而且可以保证全线路的点线能力得到协调利用，充分挖掘铁路运输的潜力，提高运输效率，降低堵塞的概率；在金融领域，合理的投资组合可以实现资产配置的优化，获得较高的预期投资收益，同时尽可能地降低投资风险。随着工业生产的大规模化、社会网络结构的复杂化，在生产生活中所面临的组合优化问题也日趋复杂，具体表现主要包括以下：不断增加的节点规模、日趋复杂的节点关联性、组合涉及参数变量多样化。

在过去几十年的时间里，电子技术和计算机技术的迅猛发展为这些问题的求解提供了强大的助力，但随着电子瓶颈的日益凸显，未来将难以应对规模日益增大的组合优化问题。其中最主要的原因是众多的组合优化问题都属于非确定性多项式(NP)困难问题或者NP-完全问题，随着组合的变量增加，计算机在求解这些问题所需的时间会以指数速率甚至阶乘速率增加。目前研究表明，不存在有效算法可在多项式的时间内准确求解NP-困难问题或者NP-完全问题。随着组合优化问题规模的日益增长，在计算资源有限的条件下，传统的计算机在可容忍的时间内仍难以保证获得预期的求解方案。特别地，在大规模、复杂的交通规划以及金融投资组合等问题上，对求解方案具有实时性的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提供一种可编程伊辛机及组合优化问题和密码学问题的解决方法，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种可编程伊辛机，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，连接第一电光调制器3a的输入；本振源11，连接混频器10的输入；其中，第一电光调制器3a用于对混频器10输入的电信号及激光脉冲产生装置A输入的激光脉冲信号进行电光调制，长光纤4，用于延长经第一电光调制器3a调制后的光信号的光环路时间；光电探测器5用于将长光纤4传输的光信号转换为电信号；编程模块B用于将光电探测器5输出的电信号转化为数字信号，对任意两个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混频器10；混频器10用于将本振信号及编程模块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。

可选地，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，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；可编程器件9也可以用于对数字信号的观测。

可选地，长光纤4为损耗小于等于0.2dB/km的储能元件，借助长光纤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。

可选地，二相位为0或π。