[发明专利]相干伊辛机及多元二次优化问题的求解方法

说明书

本发明提供一种相干伊辛机及多元二次优化问题的求解方法，相干伊辛机包括：光电转换电路，用于实现光电参量振荡环路中的光电转换；逻辑运算模块，用于利用伊辛自旋信号模拟计算多元二次优化问题，得到反馈信号；微波源，用于产生固定频率的本振信号；第一混频器，用于对本振信号和反馈信号进行混频，引发光电参量振荡环路振荡产生伊辛自旋信号。光电参量振荡环路在稳定状态下振荡在损耗最小的点，对应伊辛能量的最小值，从而得到多元二次优化问题的最优解。本发明的相干伊辛机具有高相干性，可以实现大规模的多元二次优化问题的求解。

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种相干伊辛机及多元二次优化问题的求解方法。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，我们面对的需要优化的问题也越来越复杂，这些问题涉及医疗、生物科学、计算机科学、数学、机器学习、交通优化等领域。例如，在医疗领域可以进行放射治疗计划的优化，从而提高治疗计划方案的可靠性及效率，而且随着新型的放疗技术的出现，对放射治疗方案的优化精度及计算速度都有了越来越高的要求；在交通优化领域，通过对车辆出行路径进行时空上的优化，不但可以减少个人通行的时间，而且可以降低城市的拥堵，提高通行效率。而上述这些组合优化问题大多数属于非确定性多项式(NP)问题或非确定性多项式困难(NP-hard)问题，随着问题的复杂化，需要的计算量也成指数或者阶乘量级的增长，问题的求解也无法在多项式时间内完成，因此也就需要更加有效的方式来进行此类问题的求解。

而且，伴随着摩尔定律终结之日的日益临近，传统计算机算力的提升也十分的有限，虽然有一些新的算法尝试解决此类问题，但是使用传统的方法仍然难以应对这些日趋复杂的多元二次优化问题。目前，也有人尝试使用量子退火或者基于光参量振荡器的伊辛机等进行问题的优化，但是使用量子退火需要超低温运行，而且受量子比特数的限制，不能解决大规模的多元二次优化问题；使用基于光参量振荡器的伊辛机进行优化虽然可以进行大规模多元二次优化问题的求解，但是脆弱的光参量过程和光相位的环境敏感性使其存在临振荡稳定性不足以及相干性不足等问题，从而导致计算结果准确性降低等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提供一种相干伊辛机，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

本发明提供一种相干伊辛机，用于求解多元二次优化问题，包括：光电转换电路A，用于实现光电参量振荡环路中的光电转换；逻辑运算模块B，用于利用伊辛自旋信号模拟计算多元二次优化问题，得到反馈信号；微波源13，用于产生固定频率的本振信号；第一混频器12，用于对本振信号和反馈信号进行混频，引发光电参量振荡环路振荡产生伊辛自旋信号。

可选地，逻辑运算模块B包括：模数转换器8，用于将伊辛自旋信号转换成第一数字信号；逻辑运算单元9，用于存储描述多元二次优化问题的矩阵，对矩阵和第一数字信号进行运算得到第二数字信号；数模转换器10，用于将第二数字信号转换成反馈信号；相干伊辛机还包括：分束装置7和合束装置11，其中，分束装置7用于从光电参量振荡环路中分出一路伊辛自旋信号输入模数转换器8，合束装置11用于将反馈信号与分束装置7输出的另一路伊辛自旋信号耦合后输入到第一混频器12。

可选地，逻辑运算单元9包括：CPU、FPGA、GPU和ASIC中的任意一种。

可选地，伊辛自旋信号的相位为0或π。

可选地，光电转换电路A包括：脉冲激光器1，用于产生脉冲激光信号；电光调制器2，用于使用第一混频器12输出的电信号调制脉冲激光信号；长光纤3，用于增加光电参量振荡环路中的光信号的延时；光电探测器6，用于对光信号进行光电转换。