知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
特許7690092リング発振器ベースのイジングマシンシステムのためのレイアウト
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-30
(45)【発行日】2025-06-09
(54)【発明の名称】リング発振器ベースのイジングマシンシステムのためのレイアウト
(51)【国際特許分類】
G06N 99/00 20190101AFI20250602BHJP
G06F 17/11 20060101ALI20250602BHJP
H03K 3/03 20060101ALI20250602BHJP
H03K 3/86 20060101ALI20250602BHJP
【ＦＩ】
G06N99/00 180
G06F17/11
H03K3/03
H03K3/86
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024107132
(22)【出願日】2024-07-03
(65)【公開番号】P2025015448
(43)【公開日】2025-01-30
【審査請求日】2024-07-16
(31)【優先権主張番号】18/355,228
(32)【優先日】2023-07-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】520128820
【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】ケネス エム．ジック
(72)【発明者】
【氏名】デイビッド ジョージ ファーガソン
【審査官】北川 純次
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第１１５４５９６３（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】米国特許第８１９５５９６（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１５２１２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２０７０３２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｎ ３／００ － ９９／００
Ｇ０６Ｆ １７／１１
Ｈ０３Ｋ ３／００ － ３／８６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含んでおり、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
【請求項2】
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記複数のリング発振器の各々のマンハッタン距離は、前記他のリング発振器の各々のマンハッタン距離と等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記複数のリング発振器の前記複数の結合段は、２次元アレイに配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの前記第１のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内で同じ位相インデックス番号を有する前記複数のリング発振器のうちの前記第２のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形状に作製されており、前記複数のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内の同じ位相インデックス番号を有する前記他のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、前記複数のアレイ部分の各々は、別個の複数のリング発振器を備えており、第１のアレイ部分内の前記複数のリング発振器の各々は、第２のアレイ部分内の前記複数のリング発振器のうちの１つにクロス結合されて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間に位相結合を提供する、請求項５に記載のシステム。
【請求項9】
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が１次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のアレイ部分のうちの１つの前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号は、前記複数のアレイ部分の前記１次元アレイにおいて次に連続するアレイ部分の前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号に対して反対の方向に伝搬する、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が２次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のリング発振器の各々は、前記複数のアレイ部分の２次元アレイにおいて直交して隣接する各アレイ部分内の１つのリング発振器に結合段を介してクロス結合されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項11】
前記イジング問題のパラメータに対応する複数の制御信号を生成して、前記複数のリング発振器の各々の前記他のリング発振器への相対的な位相結合を制御するように構成されたイジングマシンコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、２次元アレイに配置された複数の結合段を含んでおり、前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製されており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、前記２次元アレイ内の他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、前記他のリング発振器と交差することに基づいて、それぞれの前記複数の結合段に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
【請求項13】
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある前記結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、第１のアレイ部分は、第２のアレイ部分にリンクされて、前記第１および第２のアレイ部分の各々の前記複数のリング発振器の各々の結合段のクロス結合に基づいて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間の位相結合を提供する、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、コンピュータシステムに関し、具体的には、リング発振器ベースのイジングマシンシステムのためのレイアウトに関する。
【背景技術】
【0002】
イジングマシンは、イジング問題または非決定的多項式時間困難（ＮＰ困難：ｎｏｎ－ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ－ｔｉｍｅ ｈａｒｄ）問題として知られる様々な特殊問題を解くための特殊コンピュータシステムの一種である。その一例が、最適化問題の総称である「巡回セールスマン問題」である。このようなイジング問題は、イジングモデルの原理、即ち、イジング問題ハミルトニアン：Ｈ（σ）＝－Σｈｉσｉ－ΣＪｉｊσｉσｊに基づいて評価される。このような特殊なイジングマシンは、多数の変数を実装することに基づいて動作して、特定の組み合せ最適化問題に対する高品質の回答を極めて迅速に提供する。典型的なイジングマシンは、いくつかの要素（例えば、発振器）を実装しており、これらの要素は、イジングマシンにおいて他の要素と相互作用してクロス結合効果（ｃｒｏｓｓ－ｃｏｕｐｌｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓ）を提供する。クロス結合効果は、そのようなクロス結合の結合効果に基づいてイジング問題を解決するために実装され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第８１９５５９６号明細書
【文献】米国特許第１１５４５９６３号明細書
【非特許文献】
【0004】
【文献】クレメンツ他著（CLEMENTS, ET AL.）、「ユニバーサルマルチポート干渉計の最適設計（An Optimal Design for Universal Multiport Interferometers）」、［２０２３年７月１９日検索］、インターネット（URL: https://www.arxiv-vanity.com/papers/1603.08788/）
【発明の概要】
【0005】
一例は、イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムを含む。システムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を含む。複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含む。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有することができる。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する発振信号を介して、他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、複数のリング発振器の各々が、他のリング発振器の各々に複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される。
【0006】
別の例は、イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムを含む。システムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を含む。複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含む。複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の複数の結合段は、２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製され得る。複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する複数の結合段は、第１の軸と直交する２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製され得る。残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製され得る。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有することができる。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、２次元アレイ内の他のリング発振器の各々と交差することに基づいて、それぞれの複数のリング発振器に関連する発振信号を介して、他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、複数のリング発振器の各々は、他のリング発振器の各々に複数の結合段のうちの単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される。
【0007】
別の例は、イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムを含む。システムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を含む。複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含む。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有することができる。複数の結合段の各々は、複数のリング発振器の各々のうちの１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する発振信号を介して、他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、複数のリング発振器の各々が、他のリング発振器の各々に複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される。所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の発振信号の伝搬距離は、複数のリング発振器の各々に関して等しい。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】例示的なイジングマシンのブロック図である。
【図2】例示的なリング発振器を示す図である。
【図3】一例のイジングマシン結合ネットワークを示す図である。
【図4】例示的なリング発振器を示す図である。
【図5】別の例のイジングマシン結合ネットワークを示す図である。
【図6】別の例のイジングマシン結合ネットワークを示す図である。
【図7】別の例のイジングマシン結合ネットワークを示す図である。
【図8】別の例のイジングマシン結合ネットワークを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明は、概して、コンピュータシステムに関し、具体的には、リング発振器ベースのイジングマシンシステムのためのレイアウトに関する。イジングマシンシステムは、最適化問題（例えば、「巡回セールスマン問題」）などの複雑なイジング問題を解くために、様々な用途のいずれかにおいて実施することができる。イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を含む。一例として、複数のリング発振器の各々は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含む、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）から形成された論理ゲートを含むＣＭＯＳ製造技法から形成され得る。複数のリング発振器はそれぞれ、他のリング発振器のうちの１つから発振信号を受信し、同様に、他のリング発振器に発振信号を提供するようにそれぞれ構成された複数の結合段を含むことができる。所与のリング発振器の発振信号は、それぞれのリング発振器間の相対的な位相関係に影響を及ぼし得る。従って、複数のリング発振器の各々は、少なくとも１つの他のリング発振器にクロス結合方式で結合されて、それぞれのリング発振器間にそれぞれの動的位相結合を提供することができる。
【0010】
また、イジングマシンシステムは、複数のリング発振器に提供される複数の組の制御信号を生成するように構成されたイジングマシンコントローラを含むことができる。一例として、イジングマシンコントローラは、複数のリング発振器の各々の複数の結合段の各々に一組の制御信号を供給することができる。一例として、制御信号は、複数のリング発振器の各々の少なくとも１つの他のリング発振器の各々に対する相対的な動的位相結合を制御するために、リング発振器の可変伝搬遅延を設定することができる遅延選択信号を含むことができる。
【0011】
一例として、複数のリング発振器の各々は、同じように製造することができ、従って、同じ数の結合段を含むことができる。複数のリング発振器のうちの所与の１つにおける複数の結合段の各々は、一意の位相インデックス番号を有することができる。従って、別個のリング発振器における結合段のクロス結合は、複数のリング発振器のそれぞれのペアにおいて同じ位相インデックス番号を有する結合段の間で生じ得る。例えば、複数の結合段は、２次元アレイで配置することができ、２つのリング発振器は、互いに対して直交する直線的な物理的配置で作製された複数の結合段を含むことができる。残りのリング発振器は、それぞれ、頂点に結合段を有するＬ字形として配置され得る。従って、所与の１つのリング発振器は、複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、２次元アレイ内の他のリング発振器の各々と同じ位相インデックス番号の結合段を介して交差することができる。複数のリング発振器の各々の発振信号は、発振信号間の正確な位相関係を提供するために、結合段の同じ位相インデックス番号のペア間の伝搬距離が等しくなっている。さらに、複数の結合段の２次元アレイ配置に基づいて、イジングマシンシステムは、発振信号における遅延が少なく、電力消費が少なくなるようにコンパクトな方法で作製され得、それによって、イジング問題をより迅速に解決することができるより効率的な設計を提供する。
【0012】
図１は、イジングマシンシステム１００の例示的なブロック図を示す。イジングマシンシステム１００は、多数の変数の評価を必要とするイジング問題を解くために、様々な特殊コンピューティング環境のいずれかで実装され得る。一例として、イジングマシンシステム１００は、複雑な最適化問題（例えば、「巡回セールスマン問題」）を解くために実装され得る。
【0013】
イジングマシンシステム１００は、複数のリング発振器１０２と、イジングマシンコントローラ１０４とを備える。リング発振器１０２は、様々な異なるタイプのリング発振器のいずれかとして実装され得る。一例として、リング発振器１０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含む、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）から形成された論理ゲートを含むＣＭＯＳ製造技法から形成され得る。従って、複数のリング発振器１０２の各々は、図１の例において概して一組の発振信号ＯＳＣとして示されている発振信号を伝搬することができる。一例として、複数のリング発振器１０２の各々は、それぞれの発振信号ＯＳＣを介して別の１つのリング発振器１０２にクロス結合され得るため、それぞれのクロス結合されたリング発振器１０２の間で動的な位相結合を提供することができる。
【0014】
本明細書で説明するように、「位相結合」という用語は、複数のリング発振器１０２のうちの所与の１つの位相特性が、複数のリング発振器１０２のうちの別の１つの位相特性に依存することを意味する。一例として、位相結合は、クロス結合されたリング発振器１０２のそれぞれの発振信号ＯＳＣ間の位相整合または位相反整合に向かう傾向を含むことができる。また、本明細書で説明するように、イジングマシンシステム１００は、リング発振器間の位相関係に関して実質的に常に変化する方式で動作するため、位相結合は動的と呼ばれる。一例として、リング発振器１０２は、所与のリング発振器の発振の遅延量、従って所与のリング発振器の発振周期を制御することができる遅延選択信号などの様々な制御信号によって制御され得る。本明細書で説明するように、「発振周期」という用語は、それぞれのリング発振器の所与のノードが第１の論理状態から第２の論理状態に変化し、第２の論理状態から第１の論理状態に戻るように変化する合計時間を意味する。例えば、リング発振器１０２は、１周する間に奇数回の論理反転を提供するように作製され得る。
【0015】
一例として、複数のリング発振器１０２の各々は、ほぼ同じように作製することができ、従って、各リング発振器は同じ数の結合段を含むことができる。複数のリング発振器１０２のうちの所与の１つにおける複数の結合段の各々は、それぞれのリング発振器１０２がクロス結合される別のリング発振器１０２の一致する位相インデックス番号に対応する一意の位相インデックス番号を有することができる。従って、別個のリング発振器１０２における結合段のクロス結合は、リング発振器１０２のそれぞれのペアにおいて同じ位相インデックス番号を有する結合段の間で生じ得る。
【0016】
例えば、複数の結合段は、２次元アレイに配置され得る。一例として、少なくとも２つのリング発振器１０２は、互いに対して直交する直線的な物理的配置で作製された複数の結合段を含むことができ、その結果、それぞれの２つのリング発振器は、同じ位相インデックス番号を有する結合段のクロス結合されたセットにおいて交差する。残りのリング発振器１０２はそれぞれ、頂点に結合段を有するＬ字形として配置され得る。本明細書で説明されるように、「Ｌ字形」という用語は、リング発振器１０２が頂点から直角に延在する部分を有し、結合段が頂点に配置された構成を意味する。しかしながら、Ｌ字形リング発振器１０２の脚部は、互いに対して同じ長さかまたは異なる長さを有することができることが理解されよう。さらに、Ｌ字形リング発振器１０２の脚部は、互いにほぼ直交して延在するものとして説明したが、脚部は、代替的に、それらの間に鋭角または鈍角を画定するように、互いに対して横方向に延在することができる。
【0017】
従って、残りのリング発振器１０２がＬ字形として配置されることに基づいて、所与の１つのリング発振器１０２は、複数のリング発振器１０２の各々の１つの結合段を除いて、２次元アレイ内の他のリング発振器１０２の各々と同じ位相インデックス番号の結合段を介して交差することができる。例えば、Ｌ字形リング発振器１０２の各々の頂点における結合段および直線的なリング発振器１０２の一端における結合段は、他の結合段に対して結合が解除され得る。一例として、結合されていない複数の結合段の各々は、リング発振器１０２の間で一意である位相インデックス番号を有することができる。
【0018】
図１の例では、イジングマシンコントローラ１０４は、「ＣＴＬ」として示される複数の制御信号をリング発振器１０２に提供するように構成される。一例として、複数の制御信号ＣＴＬは、イジングマシンシステム１００によって解かれるべきイジング問題のパラメータに複数の制御信号ＣＴＬが対応するように、複数のリング発振器１０２の各々にセットとして供給され得る。一例として、複数の制御信号ＣＴＬは、複数のリング発振器１０２の各々に供給される遅延選択信号を含むことができる。別の例として、別個の遅延選択信号が、複数のリング発振器１０２の各々の複数の結合段の各々に提供されて、所与の瞬間におけるリング発振器１０２の各々の正味発振周期が、所与のリング発振器１０２のそれぞれの複数の結合段の各々に提供される遅延選択信号の各々の集合的寄与に基づいて設定され得るようになっている。複数の制御信号ＣＴＬは、他のリング発振器（単数または複数）１０２への結合の位相結合の選択的な有効化、および／または基準クロックおよび／またはシミュレートされた雑音信号への位相整合のために結合段に基準クロックおよび／またはシミュレートされた雑音信号を選択的に提供することなど、追加の信号を含むこともできる。
【0019】
一例として、遅延選択信号によって設定される、複数のリング発振器１０２の各々の複数の結合段の各々の可変遅延は、それぞれのリング発振器１０２間のクロス結合に可変強度または重みを与えることができる。イジングマシンシステム１００は、位相サンプラ１０６をさらに含む。位相サンプラ１０６は、所与のイジング問題を解くことを促進するために、複数のリング発振器１０２の各々の複数の発振信号の各々の論理状態を監視するように構成され得る。例えば、所与のイジング問題の解を提供するために、イジングマシンシステム１００は、（例えば、経験的観察および／またはリアルタイム制約などの様々なマシンパラメータまたは他の状況のいずれかによって決定されるような）持続時間にわたって動作することができ、リング発振器１０２の位相は、（例えば、発振信号ＯＳＣを介して）位相サンプラ１０６によってサンプリングされ得る。リング発振器１０２のサンプリングされた位相は、イジング問題の解を表すことができる１組のデータとして位相サンプラ１０６によって読み取られ得る。リング発振器１０２の複数の結合段の各々に対して可変遅延を設定する方法は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第１１，５４５，９６３号明細書に記載されているような様々な方法で提供することができる。
【0020】
複数のリング発振器１０２の複数の結合段の２次元アレイ配置に基づいて、イジングマシンシステム１００は、発振信号における遅延が少なく、イジングマシンシステム１００の電力消費が少なくなるようにコンパクトな方法で製造され得る。例えば、複数のリング発振器１０２の各々の複数の発振信号は、発振信号間の正確な位相関係を提供するために、リング発振器１０２間の結合段の同じ位相インデックス番号のペア間の伝搬距離が等しくなっている。従って、リング発振器１０２は、任意の２つの位相インデックス番号の結合段の間で互いに対してほぼ等しいマンハッタン距離を有することができる。従って、イジングマシンシステム１００のコンパクトな設計は、イジング問題をより迅速に、より少ない電力消費で解くことができるより効率的な設計を提供することができる。
【0021】
【0022】
リング発振器２００は、複数のＮ個の結合段２０２を含み、Ｎは正の整数である。複数の結合段２０２はそれぞれ、ＣＭＯＳインバータ（例えば、相補的プルアップおよびプルダウントランジスタスイッチを備える）として実装され得るインバータ２０４によって相互接続されている。リング発振器２００は、発振信号ＯＳＣを伝搬するように構成される。一例として、Ｎは、発振信号ＯＳＣがリング発振器２００の１周の間に奇数回の論理反転を示すように、奇数の整数とすることができる。
【0023】
図２の例では、複数の発振信号ＯＳＣ１～ＯＳＣＮが複数の結合段２０２から供給され、複数の発振信号ＯＳＣ１’～ＯＳＣＮ’が複数のインバータ２０４から供給される。従って、所与のＹ番目の発振信号ＯＳＣＹ’は、それぞれのＹ番目の発振信号ＯＳＣＹの反転バージョンに対応する。さらに、Ｙ番目の結合段２０２から供給される所与のＹ番目の発振信号ＯＳＣＹは、それぞれのＹ番目の結合段２０２への入力として供給される発振信号ＯＳＣＹ－１’に対応する。一例として、結合段２０２は、発振信号ＯＳＣＹを提供するために、発振信号ＯＳＣＹ－１’の可変伝搬遅延を提供することができる。
【0024】
さらに、複数の結合段２０２の各々は、ＣＴＬ１～ＣＴＬＮとして示される一組の制御信号ＣＴＬを受信するものとして示されている。複数の制御信号ＣＴＬは、イジングマシンコントローラ１０４から提供される一組の制御信号ＣＴＬに対応するか、または一組の制御信号ＣＴＬを含むことができる。上述したように、制御信号ＣＴＬは、結合段２０２を通る発振器信号ＯＳＣの伝搬遅延に影響を及ぼすことができる遅延選択信号を含むことができる。従って、遅延選択信号は、発振信号ＯＳＣＹ－１’と発振信号ＯＳＣＹとの間の遅延量に影響を及ぼすことができ、従って、複数の結合段２０２のそれぞれの１つを通る発振信号ＯＳＣの伝搬遅延量に影響を及ぼすことができる。また、上述したように、制御信号ＣＴＬは、複数の結合段２０２の各々、従ってリング発振器２００の動作を制御するための様々な追加の信号を含むことができる。従って、制御信号ＣＴＬは、同様に、複数の結合段２０２の各々、従ってリング発振器２００の動作を制御するための様々な追加の信号を含むことができる。
【0025】
図２の例では、（例えば、インバータ２０４を介して）それぞれの結合段２０２から提供される複数の発振信号ＯＳＣ１’～ＯＳＣＮ’は、複数の出力発振信号ＯＳＣＯＵＴ１～ＯＳＣＯＵＴＮとして提供される。さらに、図２の例では、また、複数の結合段の各々は、ＯＳＣＩＮ１～ＯＳＣＩＮＮとして示される別のリング発振器１０２から入力発振器信号ＯＳＣＩＮを受信するものとして示されている。図２の例では、複数の結合段２０２の各々は、一意の位相インデックス番号に基づいて番号付けされ、従って「１」～「Ｎ」と番号付けされ得る。従って、複数の結合段２０２のうちの所与の１つに供給される発振器信号ＯＳＣＩＮは、異なるリング発振器１０２内の同じ位相インデックス番号を有する結合段から供給される発振器信号ＯＳＣＯＵＴに対応することができる。同様に、リング発振器１０２の所与の結合段２０２から供給される発振器信号ＯＳＣＯＵＴは、異なるリング発振器２００内の同じ位相インデックス番号を有する結合段に供給される。従って、発振器信号ＯＳＣＩＮおよびＯＳＣＯＵＴは、複数の結合段２０２のうちの所与の１つの、異なるリング発振器１０２の結合段へのクロス結合を提供することができる。一例として、複数の結合段２０２は全て、異なるリング発振器１０２にクロス結合され得、本明細書でより詳細に説明するように、複数の結合段２０２のうちの１つは、別のリング発振器の任意の他の結合段に結合されない（クロス結合されない）。
【0026】
さらに、図２の例では、リング発振器２００は、Ｎ番目の結合段２０２と第１の結合段２０２とを相互接続するＮＡＮＤゲート２０６を含む。ＮＡＮＤゲート２０６は、第１の入力で発振信号ＯＳＣＮを受信し、第２の入力でリング発振器のイネーブル信号ＲＥＮを受信する。リング発振器のイネーブル信号ＲＥＮは、リング発振器２００全体に対するイネーブル信号に対応することができ、従って、リング発振器２００は、発振信号ＯＳＣを伝搬することに関して選択的に有効および無効にされ得る。一例として、リング発振器のイネーブル信号ＲＥＮは、イジングマシン制御システム１０４からリング発振器２００に供給される複数の制御信号ＣＴＬの１つとして供給され得る。従って、リング発振器のイネーブル信号ＲＥＮのアサートに応答して、リング発振器２００は、本明細書で説明されるような発振信号ＯＳＣを提供することができる。しかしながら、リング発振器のイネーブル信号ＲＥＮのデアサートに応答して、リング発振器２００は、発振信号ＯＳＣが伝搬を停止する（例えば、複数の結合段２０２の各々の間で静的な論理状態を維持する）ように、無効にされ得る。
【0027】
図３は、イジングマシン結合ネットワーク３００の例を示す。イジングマシン結合ネットワーク３００は、図１の例におけるイジングマシンシステム１００の一部に対応することができる。図３の例で説明する際に、イジングマシン結合ネットワーク３００は、図２の例におけるリング発振器２００などの複数のリング発振器を含む。従って、図３の例の以下の説明では、図１および図２の例を参照されたい。
【0028】
イジングマシン結合ネットワーク３００は、２次元アレイで作製された複数の制御段３０２を含む。複数の制御段３０２は、行３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６、３１８、３２０、３２２、および列３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２として示される行および列に配置される。複数の制御段３０２の各々は、図３の例では１から１０までの番号が付けられた、各制御段に関連する位相インデックス番号を含む。本明細書でより詳細に説明されるように、複数の制御段３０２の大部分は、異なるリング発振器に各々が含まれる制御段３０２のペアを表すことができる。
【0029】
図３の例では、複数のリング発振器は、複数の結合段３０２を接続する線によって表されており、線は、異なるリング発振器、従って所与のリング発振器の周りを伝搬する発振器信号を表すために、実線、点線、破線、点線と破線、ならびに二重点線と破線である。図３の例では、イジングマシン結合ネットワーク３００は、各タイプのラインが１回ずつ複製されて、２つの異なるリング発振器を示すように、１０個の異なるリング発振器を含む。複数のリング発振器の各々は、位相インデックス番号「１」を有する結合段から始まり、連続する位相インデックス番号を有する結合段に沿って、位相インデックス番号「１０」を有する１０番目の最終結合段まで接続される。従って、図３の例では、複数のリング発振器の各々は、１つの結合段を除いて、同じ位相インデックス番号を有する結合段３０２の各々において異なる１つのリング発振器と交差する。従って、２つのリング発振器の各交点における結合段３０２は、２つのそれぞれのリング発振器の各々に対して１つずつ、２つの結合段３０２に対応する。一例として、２つのリング発振器の所与の交点にある結合段３０２は、それぞれのリング発振器間のクロス結合のための発振器信号の相互接続を最小限に抑えるために一緒に作製され得る。
【0030】
従って、イジングマシン結合ネットワーク３００は、Ｘ個のリング発振器のセットを示し、Ｘ個のリング発振器のセットは、Ｘ個の結合段３０２を各々が有するとともに、残りのＸ－１個のリング発振器に各々がクロス結合されたものである。Ｘは図３の例では数量を１０として示されているが、Ｘは１より大きい任意の数量とすることができる。図３の例では、複数の結合段３０２の２次元アレイは、行３２０および列３３２において「１」の位相インデックス番号を有する結合段３０２を有する第１のリング発振器を含む。第１のリング発振器は、行３０４および列３３２において「１０」の位相インデックス番号を有する結合段３０２まで、第１の方向に（図３の例では垂直方向に）結合段３０２に対して直線的に延びる。複数の結合段３０２の２次元アレイは、行３１４および列３２４において「１」の位相インデックス番号を有する結合段３０２を有する第２のリング発振器を含む。第１のリング発振器は、行３１４および列３４２において「１０」の位相インデックス番号を有する結合段３０２への第１の方向に直交する第２の方向（図３の例では水平方向）に結合段３０２に対して直線的に延びる。
【0031】
イジングマシン結合ネットワーク３００の残りのリング発振器は、Ｌ字形に作製されて、複数のリング発振器の各々が、それぞれの同じ位相インデックス番号の結合段３０２において他のリング発振器の各々と交差し、従ってクロス結合されるようになっている。従って、複数のリング発振器の各々は、他のリング発振器の各々とクロス結合されて、他のリング発振器の各々との動的位相結合を提供する。他のリング発振器の各々との適切な位相関係を提供するために、複数のリング発振器の各々は、複数の結合段３０２のうちの所与の１つから他の結合段３０２の全てを通って複数の結合段３０２のうちの所与の１つに戻る、それぞれのリング発振器によって形成されるループの全体についてほぼ等しい伝搬長を有することができる。例えば、イジングマシン結合ネットワーク３００内の複数のリング発振器の各々の発振信号は、発振信号間の正確な位相関係を提供するために、イジングマシン結合ネットワーク３００内のリング発振器間の結合段の同じ位相インデックス番号のペア間の伝搬距離が等しい。従って、イジングマシン結合ネットワーク３００内のリング発振器は、任意の２つの位相インデックス番号の結合段の間で互いに対してほぼ等しいマンハッタン距離を有することができる。
【0032】
図４は、リング発振器の図例４００を示す。リング発振器は、図４の例では、第１のリング発振器４０２および第２のリング発振器４０４として示されている。第１および第２のリング発振器４０２および４０４は、図３の例におけるイジングマシン結合ネットワーク３００内の２つのリング発振器に対応することができる。特に、第１のリング発振器４０２は、行３２２および列３３２において「１」の位相インデックス番号を有する結合段３０２を有する図３の例におけるリング発振器に対応することができる。第１のリング発振器４０２は、Ｌ字形の第１の脚部に沿って第１の方向に、行３２２および列３３４の頂点にある「２」の位相インデックス番号を有する結合段にまで延び、次いで、Ｌ字形の第２の脚部に沿って第１の方向に直交する第２の方向に、行３０６および列３３４にある「１０」の位相インデックス番号を有する結合段にまで延びる。また、第１のリング発振器４０２は、「１０」の位相インデックス番号を有する結合段を「１」の位相インデックス番号を有する結合段に戻って結合する、発振信号のための戻り経路を含む。図３の例をさらに参照すると、第１のリング発振器４０２は、従って、Ｌ字形状の頂点における位相インデックス番号「２」における結合段を除いて、別個のそれぞれの位相インデックス番号における複数の結合段３０２の各々において他のリング発振器の各々と交差し、従ってクロス結合することができる。
【0033】
第２のリング発振器４０４は、行３１８および列３２８において「１」の位相インデックス番号を有する結合段３０２を有する図３の例におけるリング発振器に対応することができる。第２のリング発振器４０４は、Ｌ字形の第１の脚部に沿って第１の方向に、行３１８および列３３８の頂点にある「６」の位相インデックス番号を有する結合段にまで延び、次いで、Ｌ字形の第２の脚部に沿って第１の方向に直交する第２の方向に、行３１０および列３３８にある「１０」の位相インデックス番号を有する結合段にまで延びる。また、第２のリング発振器４０４は、「１０」の位相インデックス番号を有する結合段を「１」の位相インデックス番号を有する結合段に戻って結合する、発振信号のための戻り経路を含む。図３の例をさらに参照すると、第２のリング発振器４０４は、従って、Ｌ字形状の頂点における位相インデックス番号「６」における結合段を除いて、別個のそれぞれの位相インデックス番号における複数の結合段３０２の各々において他のリング発振器の各々と交差し、従ってクロス結合することができる。従って、第２のリング発振器４０４は、第１のリング発振器４０２および第２のリング発振器４０４の両方に共通である行３１８および列３３４にある位相インデックス番号「４」を有するそれぞれの結合段において第１のリング発振器４０２と交差することができる。
【0034】
第１および第２のリング発振器４０２および４０４は、第１および第２のリング発振器４０２および４０４の各々における発振信号の往復に関してほぼ等しい距離を有することができ、従って、これは、図３の例におけるイジングマシン結合ネットワーク３００内の残りのリング発振器と同じ距離とすることができる。従って、イジングマシン結合ネットワーク３００のリング発振器は、所与のイジング問題を解く際に、それぞれの発振信号間の正確な公称位相関係を提供することができる。図３の例に示されるように、イジングマシン結合ネットワーク３００は、１０個のリング発振器を含むが、本明細書で説明される設計原理は、本明細書でより詳細に説明されるように、数十、数十、またはそれ以上のリング発振器を含むはるかに大規模のイジングマシンを提供するように拡張され得る。さらに、イジングマシン結合ネットワーク３００は、ＣＭＯＳ製造プロセスで製造することができる。しかし、図５の例で説明するように、列ベースのＦＰＧＡ実装を使用して、同様のイジングマシンを製造することができる。
【0035】
図５は、別の例のイジングマシン結合ネットワーク５００を示す。イジングマシン結合ネットワーク５００は、図１の例におけるイジングマシンシステム１００の一部に対応することができる。図５の例で説明する際に、イジングマシン結合ネットワーク５００は、図２の例におけるリング発振器２００などのリング発振器を含む。従って、図５の例の以下の説明では、図１および図２の例を参照されたい。図５の例で説明したように、イジングマシン結合ネットワーク５００は、列ベースのＣＭＯＳ ＦＰＧＡを使用して実装され得る。
【0036】
図３の例では、リング発振器は、複数の結合段５０２を接続する線によって表され、線は、異なるリング発振器、従って所与のリング発振器の周りを伝搬する発振器信号を表すために、実線、点線、破線、および点線と破線である。図５の例では、イジングマシン結合ネットワーク５００は、４個の異なるリング発振器を含む。複数のリング発振器の各々は、位相インデックス番号「１」を有する結合段５０２から始まり、連続する位相インデックス番号を有する結合段に沿って、位相インデックス番号「４」を有する第１０の最終結合段にまで接続される。図５の例では、複数の結合段５０２は、位相インデックス番号のそれぞれ１つに各々が対応する列に設けられる。従って、複数のリング発振器の各々は、１つの結合段を除いて、同じ位相インデックス番号を有する複数の結合段の各々において異なる１つのリング発振器と交差する。結果として、２つのリング発振器の各交点における結合段５０２は、２つのそれぞれのリング発振器の各々に対して１つずつ、２つの結合段５０２に対応する。一例として、２つのリング発振器の所与の交点における結合段５０２は、それぞれのリング発振器間のクロス結合のための発振器信号の相互接続を最小限に抑えるために一緒に作製され得る。
【0037】
従って、イジングマシン結合ネットワーク５００は、図３の例におけるイジングマシン３００に関して上述したのと同様に動作することができる。従って、イジングマシン結合ネットワーク５００は、図３の例に示されたイジングマシン３００の代替実施形態を表す。イジングマシン結合ネットワーク５００は、著しく多数のリング発振器を含むように拡張することができ、従って、それぞれの位相インデックス番号を有する結合段の数を増加させることができる。
【0038】
上述したように、本明細書に記載される設計原理は、数十、数十、またはそれ以上のリング発振器を含むはるかに大規模のイジングマシンを提供するように拡張され得る。図６は、別の例のイジングマシン結合ネットワーク６００を示す。イジングマシン結合ネットワーク６００は、２次元アレイ内の非常に多数のＹ個のリング発振器を有するように作製され、各リング発振器はＹ個の結合段を含む。図３の例において上述したのと同様に、複数のリング発振器の各々は、同じ位相インデックス番号において他のリング発振器の各々とクロス結合され得る。そのような多数のリング発振器は、著しくより複雑なイジング問題の計算を提供することができる。しかしながら、各リング発振器は、単一の発振信号のみを伝搬するように構成されているため、各発振信号と別のリング発振器の発振信号との間の位相関係の決定の間の遅延量は、各発振信号がそれぞれのリング発振器の各々を１往復するのに要する時間の量に基づいて大きくなり得る。
【0039】
例えば、図６の例では、複数のリング発振器のうちの１つは、６０２において点線によって輪郭が描かれている。リング発振器６０２は、イジングマシン結合ネットワーク６００内の他の全てのリング発振器と同様に、３０個の結合段を含んでおり、その結果、発振信号がリング発振器６０２の周りを１回転伝搬するのにかなりの時間がかかり、従って、リング発振器６０２と他のリング発振器の各々との位相関係に基づいてイジング問題を解くのにかなりの時間がかかる可能性がある。従って、本明細書で説明されるイジングマシンの設計原理は、結合段間の発振信号の待ち時間の低減および関連する電力消費の削減に基づいて、イジング問題に対する著しくより効率的な解を提供することができるが、他の変更を行わずに、リング発振器の数量が著しくより多いイジングマシンに拡張することは、限界利益の減少をもたらす可能性がある。
【0040】
図７は、別の例のイジングマシン結合ネットワーク７００を示す。イジングマシン結合ネットワーク７００は、図６の例におけるイジングマシン結合ネットワーク６００の変形バージョンであるイジングマシン結合ネットワークに対応することができる。図７の例では、イジングマシン結合ネットワーク７００は、イジングマシンの少なくとも一部に集合的に対応する別個のアレイ部分７０２、７０４、および７０６を含む。図７の例では、アレイ部分７０２、７０４、および７０６は、１次元アレイに配置される。
【0041】
一例として、イジングマシン結合ネットワーク７００は、図６の例におけるイジングマシン結合ネットワーク６００などの大きなイジングマシン内の複数のリング発振器のそれぞれを、アレイ部分７０２、７０４、および７０６などのアレイ部分のうちの１つにそれぞれ含まれるいくつかの部分に分割することによって形成され得る。従って、各アレイ部分内のリング発振器は、戻り経路を有する専用のリング発振器とすることができ、次の連続するアレイ部分内のリング発振器との接続は、中間結合段７０８を介して行われる。従って、イジングマシン結合ネットワーク６００などの大規模イジングマシン結合ネットワーク内の複数のリング発振器の各々は、別個のリング発振器に分割することができる。
【0042】
さらに、イジングマシン結合ネットワーク７００は、アレイ部分７０２および７０６の端部にある、他のどのリング発振器に結合されていない追加の結合段７１０を含む。中間結合段７０８および追加の結合段７１０は、より大規模のリング発振器（例えば、リング発振器６０２）と等価なものを集合的に形成する個々のリング発振器の動作のバランスをとるために設けられている。従って、中間結合段７０８は、（例えば、第２のアレイ部分７０４内のリング発振器のための）他の中間結合段７０８または（例えば、第１および第３のアレイ部分７０２および７０６内のリング発振器のための）追加の結合段７１０のいずれかへの戻り経路を含むように、隣接するアレイ部分の両方におけるリング発振器における第１の結合段に対応している。
【0043】
図７の例では、アレイ部分７０２、７０４、および７０６のうちの所与の１つの複数のリング発振器は、それぞれの発振信号を、次の隣接するアレイ部分の複数のリング発振器に対して反対方向に伝搬することができる。図７の例に示されるように、アレイ部分７０２内の複数のリング発振器は、発振信号を時計回りに伝搬し、アレイ部分７０４内の複数のリング発振器は、発振信号を反時計回りに伝搬し、アレイ部分７０６内の複数のリング発振器は、発振信号を時計回りに伝搬する。従って、アレイ部分７０２、７０４、および７０６の各々における複数のリング発振器の複数の発振信号は、互いに相互作用して、アレイ部分７０２、７０４、および７０６の各々における複数のリング発振器間の位相関係を提供することができる。このようにして、アレイ部分７０２、７０４、および７０６の各々における所与の１つのリング発振器は、大規模のイジングマシン結合ネットワークの全体にわたって１つの大規模のリング発振器と同じように動作することができるが、大規模のイジングマシン結合ネットワークのそれぞれの発振信号よりも著しく短い伝搬時間（例えば、伝搬時間の約３分の１）で動作することができる。
【0044】
図７の例では、イジングマシン結合ネットワーク７００は、第１のアレイ部分７０２内の第１のリング発振器７１２と、第２のアレイ部分７０４内の第２のリング発振器７１４と、第３のアレイ部分７０６内の第３のリング発振器７１６とを含む。また、リング発振器７１２は、追加の結合段７１０のうちの１つと中間結合段７０８のうちの１つとを含み、また、リング発振器７１４は、中間結合段７０８のうちの２つを含み、リング発振器また、７１６は、追加の結合段７１０のうちの１つと中間結合段７０８のうちの１つとを含む。図７の例では、中間結合段７０８は、リング発振器７１２、７１４、および７１６を境界付ける点線によって示されるように、単一の１つの中間結合段７０８が第１のリング発振器７１２と第２のリング発振器７１４の両方に含まれ、別の単一の１つの中間結合段７０８が第２のリング発振器７１４と第３のリング発振器７１６の両方に含まれるように、隣接するアレイ部分の間で共有されるものとして示される。従って、リング発振器７１２、７１４、および７１６は、図６の例におけるリング発振器６０２に集合的に対応することができる。
【0045】
第１のリング発振器７１２は、第１のアレイ部分７０２内で時計回り方向に伝搬することができ、第２のリング発振器７１４は、第２のアレイ部分７０４内を反時計回り方向に伝搬することができ、第３のリング発振器７１６は、第３のアレイ部分７０６内で時計回り方向に伝搬することができる。従って、第１のリング発振器７１２は、１つの中間結合段７０８を介して第２のリング発振器７１４にクロス結合され得、第２のリング発振器７１４は、別の１つの中間結合段７０８を介して第３のリング発振器７１６にクロス結合され得る。従って、リング発振器７１２、７１４、および７１６は、３０個の結合段を含むリング発振器６０２に集合的に対応することができる。しかし、リング発振器７１２、７１４、および７１６はそれぞれ、各回転でクロス結合を提供するためにそれぞれの発振信号を伝搬するため、リング発振器７１２、７１４、および７１６は、イジングマシン結合ネットワーク７００の他のリング発振器との位相関係を、イジングマシン結合ネットワーク６００内のリング発振器６０２の約３分の１の時間で提供することができる。従って、イジングマシン結合ネットワーク７００は、イジングマシン結合ネットワーク６００と比較してより高速で効率的なイジングの解を提供することができる。
【0046】
図８は、別の例のイジングマシン結合ネットワーク８００を示す。イジングマシン結合ネットワーク８００は、図６および図７のそれぞれの例におけるイジングマシン結合ネットワーク６００および７００に対するような、変形されたイジングマシン結合ネットワークに対応することができる。図８の例では、イジングマシン結合ネットワーク８００は、イジングマシンの少なくとも一部に集合的に対応する別個のアレイ部分８０２、８０４、８０６、および８０８を含む。図８の例では、アレイ部分８０２、８０４、および８０６は、２次元アレイに配置されている。
【0047】
イジングマシン結合ネットワーク８００は、イジングマシン結合ネットワーク（例えば、アレイ部分８０２、８０４、８０６、および８０８）を、垂直および水平の鏡像対称を含むアレイに複数回コピーすることによって形成することができる。従って、各アレイ部分内のリング発振器は、戻り経路を有する専用のリング発振器とすることができる。しかしながら、アレイ部分８０２、８０４、８０６、８０８のうちの所与の１つにおける複数のリング発振器の各々は、アレイ部分８０２、８０４、８０６、８０８と中間結合段８１０との間のクロス結合によって示されるように、少なくとも１つの直交して隣接するアレイ部分における１つのリング発振器にクロス結合され得る。イジングマシン結合ネットワーク８００内のアレイ部分８０２、８０４、８０６、８０８は、例によって示されており、図８の例において示されているよりも著しく多くのリング発振器、結合段、および／またはアレイ部分を含むことができる。
【0048】
イジングマシン結合ネットワーク８００は、異なるタイプのイジングマシンアーキテクチャとして動作することができ、このアーキテクチャでは、イジングマシン結合ネットワーク８００は、部分間のクロス結合が制限された完全に接続された部分のアレイとして動作する。一例として、イジングマシン結合ネットワーク８００と同様に構成されたイジングマシン結合ネットワークは、１０×１０アレイの部分を有することができ、各部分は、それぞれ１６個のリング発振器を含む。従って、イジングマシン結合ネットワークは、１６００個の発振器を有することになり、その結果、イジングマシン結合ネットワークは、１６００個の一意の変数を実装することができる。従って、各変数が他の変数に接続し得る数は著しく少なくなる（例えば、わずか１５～１８個）。従って、イジングマシン結合ネットワーク８００は、イジングマシン結合ネットワーク７００の代替を表す。
【0049】
上記に記載されているのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者は、本発明のさらに多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲内に含まれるそのような全ての変更、修正および変形を包含することが意図されている。加えて、本開示または特許請求の範囲が「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」、もしくは「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」構成要素、またはそれらの均等物を列挙する場合、それは、１つまたは２つ以上のそのような構成要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような構成要素を必要とするわけでも、除外するわけでもない。本明細書で使用される場合、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味し、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、含んでいるがそれに限定されないことを意味する。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含んでおり、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
［付記２］
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記複数のリング発振器の各々のマンハッタン距離は、前記他のリング発振器の各々のマンハッタン距離と等しい、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記複数のリング発振器の前記複数の結合段は、２次元アレイに配置されている、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの前記第１のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内で同じ位相インデックス番号を有する前記複数のリング発振器のうちの前記第２のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記４に記載のシステム。
［付記６］
残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形状に作製されており、前記複数のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内の同じ位相インデックス番号を有する前記他のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記５に記載のシステム。
［付記７］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記６に記載のシステム。
［付記８］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、前記複数のアレイ部分の各々は、別個の複数のリング発振器を備えており、第１のアレイ部分内の前記複数のリング発振器の各々は、第２のアレイ部分内の前記複数のリング発振器のうちの１つにクロス結合されて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間に位相結合を提供する、付記５に記載のシステム。
［付記９］
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が１次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のアレイ部分のうちの１つの前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号は、前記複数のアレイ部分の前記１次元アレイにおいて次に連続するアレイ部分の前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号に対して反対の方向に伝搬する、付記８に記載のシステム。
［付記１０］
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が２次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のリング発振器の各々は、前記複数のアレイ部分の２次元アレイにおいて直交して隣接する各アレイ部分内の１つのリング発振器に結合段を介してクロス結合されている、付記８に記載のシステム。
［付記１１］
前記イジング問題のパラメータに対応する複数の制御信号を生成して、前記複数のリング発振器の各々の前記他のリング発振器への相対的な位相結合を制御するように構成されたイジングマシンコントローラをさらに備える、付記１に記載のシステム。
［付記１２］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、２次元アレイに配置された複数の結合段を含んでおり、前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製されており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、前記２次元アレイ内の他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、前記他のリング発振器と交差することに基づいて、それぞれの前記複数の結合段に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
［付記１３］
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、付記１２に記載のシステム。
［付記１４］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある前記結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記１２に記載のシステム。
［付記１５］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、第１のアレイ部分は、第２のアレイ部分にリンクされて、前記第１および第２のアレイ部分の各々の前記複数のリング発振器の各々の結合段のクロス結合に基づいて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間の位相結合を提供する、付記１２に記載のシステム。
［付記１６］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含んでおり、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つの内で、他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供され、所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、イジングマシンシステム。
［付記１７］
前記複数のリング発振器の前記複数の結合段は、２次元アレイに配置されており、前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの前記第１のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内で同じ位相インデックス番号を有する前記複数のリング発振器のうちの前記第２のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製されており、前記複数のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内の同じ位相インデックス番号を有する前記他のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記１７に記載のシステム。
［付記１９］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある前記結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記１８に記載のシステム。
［付記２０］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、第１のアレイ部分は、第２のアレイ部分にリンクされて、前記第１および第２のアレイ部分の各々の前記複数のリング発振器の各々の結合段のクロス結合に基づいて、前記第１のアレイ部分の前記リング発振器と前記第２のアレイ部分の前記リング発振器との間の位相結合を提供する、付記１７に記載のシステム。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含んでおり、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
［付記２］
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記複数のリング発振器の各々のマンハッタン距離は、前記他のリング発振器の各々のマンハッタン距離と等しい、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記複数のリング発振器の前記複数の結合段は、２次元アレイに配置されている、付記１に記載のシステム。
［付記５］
前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの前記第１のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内で同じ位相インデックス番号を有する前記複数のリング発振器のうちの前記第２のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記４に記載のシステム。
［付記６］
残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形状に作製されており、前記複数のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内の同じ位相インデックス番号を有する前記他のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記５に記載のシステム。
［付記７］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記６に記載のシステム。
［付記８］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、前記複数のアレイ部分の各々は、別個の複数のリング発振器を備えており、第１のアレイ部分内の前記複数のリング発振器の各々は、第２のアレイ部分内の前記複数のリング発振器のうちの１つにクロス結合されて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間に位相結合を提供する、付記５に記載のシステム。
［付記９］
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が１次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のアレイ部分のうちの１つの前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号は、前記複数のアレイ部分の前記１次元アレイにおいて次に連続するアレイ部分の前記複数のリング発振器の各々における前記発振信号に対して反対の方向に伝搬する、付記８に記載のシステム。
［付記１０］
前記複数のアレイ部分は、前記複数のアレイ部分が２次元アレイに物理的に配置されており、前記複数のリング発振器の各々は、前記複数のアレイ部分の２次元アレイにおいて直交して隣接する各アレイ部分内の１つのリング発振器に結合段を介してクロス結合されている、付記８に記載のシステム。
［付記１１］
前記イジング問題のパラメータに対応する複数の制御信号を生成して、前記複数のリング発振器の各々の前記他のリング発振器への相対的な位相結合を制御するように構成されたイジングマシンコントローラをさらに備える、付記１に記載のシステム。
［付記１２］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、２次元アレイに配置された複数の結合段を含んでおり、前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製されており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つ内で、前記２次元アレイ内の他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、前記他のリング発振器と交差することに基づいて、それぞれの前記複数の結合段に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供される、イジングマシンシステム。
［付記１３］
所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と、次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、付記１２に記載のシステム。
［付記１４］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある前記結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記１２に記載のシステム。
［付記１５］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、第１のアレイ部分は、第２のアレイ部分にリンクされて、前記第１および第２のアレイ部分の各々の前記複数のリング発振器の各々の結合段のクロス結合に基づいて、前記第１のアレイ部分の前記複数のリング発振器と前記第２のアレイ部分の前記複数のリング発振器との間の位相結合を提供する、付記１２に記載のシステム。
［付記１６］
イジング問題を解くように構成されたイジングマシンシステムであって、前記イジングマシンシステムは、発振信号を伝搬するようにそれぞれ構成された複数のリング発振器を備えており、前記複数のリング発振器の各々は、複数の結合段を含んでおり、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器のそれぞれの１つの内で、他のリング発振器の各々の前記複数の結合段の位相インデックス番号に一致する一意の位相インデックス番号を有しており、前記複数の結合段の各々は、前記複数のリング発振器の各々の１つの結合段を除いて、それぞれのリング発振器に関連する前記発振信号を介して、前記他のリング発振器のうちの１つの同じ位相インデックス番号を有する結合段にクロス結合されて、前記複数のリング発振器の各々が、前記他のリング発振器の各々に前記複数の結合段の単一のそれぞれの１つでクロス結合されて、それぞれのクロス結合されたリング発振器間にそれぞれの位相結合が提供され、所与の位相インデックス番号を有する第１の結合段と次の連続する位相インデックス番号を有する第２の結合段との間の前記発振信号の伝搬距離は、前記複数のリング発振器の各々に関して等しい、イジングマシンシステム。
［付記１７］
前記複数のリング発振器の前記複数の結合段は、２次元アレイに配置されており、前記複数のリング発振器のうちの第１のリング発振器の前記複数の結合段は、前記２次元アレイの第１の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの第２のリング発振器に関連する前記複数の結合段は、前記第１の軸と直交する前記２次元アレイの第２の軸に沿って直線的な物理的配置で作製されており、前記複数のリング発振器のうちの前記第１のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内で同じ位相インデックス番号を有する前記複数のリング発振器のうちの前記第２のリング発振器の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記１６に記載のシステム。
［付記１８］
残りのリング発振器の各々は、物理的なＬ字形に作製されており、前記複数のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つは、前記２次元アレイ内の同じ位相インデックス番号を有する前記他のリング発振器の各々の前記複数の結合段のうちの１つと物理的に交差している、付記１７に記載のシステム。
［付記１９］
前記残りのリング発振器の各々の前記物理的なＬ字形状の頂点にある前記結合段は、前記複数のリング発振器のうちの他のリング発振器の他の結合段に結合されていない、付記１８に記載のシステム。
［付記２０］
前記２次元アレイは、複数のアレイ部分を備えており、第１のアレイ部分は、第２のアレイ部分にリンクされて、前記第１および第２のアレイ部分の各々の前記複数のリング発振器の各々の結合段のクロス結合に基づいて、前記第１のアレイ部分の前記リング発振器と前記第２のアレイ部分の前記リング発振器との間の位相結合を提供する、付記１７に記載のシステム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
