(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-21
(54)【発明の名称】光計算装置及び計算方法
(51)【国際特許分類】
G02F 3/00 20060101AFI20221114BHJP
G06N 99/00 20190101ALI20221114BHJP
G06E 3/00 20060101ALI20221114BHJP
【ＦＩ】
G02F3/00
G06N99/00 180
G06E3/00
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022515890
(86)(22)【出願日】2020-09-10
(85)【翻訳文提出日】2022-04-18
(86)【国際出願番号】 CN2020114614
(87)【国際公開番号】W WO2021047614
(87)【国際公開日】2021-03-18
(31)【優先権主張番号】201910860799.4
(32)【優先日】2019-09-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】503433420
【氏名又は名称】華為技術有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｕａｗｅｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｂａｎｔｉａｎ， Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１２９， Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】ユイン，ジーチアーン
(72)【発明者】
【氏名】ジャーン，シアーン
(72)【発明者】
【氏名】ドーン，シヤオウエン
【テーマコード（参考）】
2K102
【Ｆターム（参考）】
2K102AA06
2K102BA08
2K102BA18
2K102BA31
2K102BB02
2K102BC01
2K102BD01
2K102CA18
2K102DA04
2K102DB04
2K102DC07
2K102DC09
2K102EA25
2K102EB02
(57)【要約】
光計算装置と計算方法を提供し、動作効率が高い光Ｉｓｉｎｇマシンを提供する。光計算装置は、第１のスピンアレイ、光フィードバックネットワーク、および第２のスピンアレイを含み、光フィードバックネットワークは、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイに別々に接続される。第１のスピンアレイは、Ｎ個の光パルスまたはＮ個の電気信号を含む第１の信号グループを受信し、Ｎ個のスピン信号を含む第１のスピン信号グループを生成することができる。光フィードバックネットワークは、第１のスピン信号グループを受信し、第１のスピン信号グループおよび指定された第１のデータに基づいて、Ｎ個のフィードバック信号を含む第１のフィードバック信号グループを生成することができる。第２のスピンアレイは、第１のフィードバック信号グループおよび第１の信号グループを受信し、第１のフィードバック信号グループおよび第１の光パルスグループに基づいて、Ｎ個のスピン信号を含む第２のスピン信号グループを生成する。第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、複数の信号を並列に処理して、光計算装置の計算効率を改善することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光計算装置であって、第１の信号グループを受信し、前記第１の信号グループに基づいて第１のスピン信号グループを生成するように構成され、前記第１のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含み、Ｎは２以上の整数である、第１のスピンアレイと、
第１のスピンアレイに接続され、第１のスピン信号グループを受信し、前記第１のスピン信号グループと指定された第１のデータとに基づいて第１のフィードバック信号グループを生成するように構成され、第１のフィードバック信号グループはＮ個のフィードバック信号を含む、光フィードバックネットワークと、
前記光フィードバックネットワークに接続され、前記第１のフィードバック信号グループと前記第１の信号グループを受信し、前記第１のフィードバック信号グループと前記第１の信号グループとに基づいて第２のスピン信号グループを生成するように構成され、前記第２のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含む第２のスピンアレイと
を有する、光計算装置。
【請求項2】
前記光フィードバックネットワークはさらに、第２のスピン信号グループを受け取り、
前記第２のスピン信号グループおよび前記第１のデータとに基づいて第２のフィードバック信号グループを生成するように構成され、前記第２のフィードバック信号グループはＮ個のフィードバック信号を含み、
第１のスピンアレイはさらに、
第２のフィードバック信号グループおよび第２の信号グループを受信し、第２の光パルスグループはＮ個の光パルスを含み、前記第２の光パルスグループの振幅は第１の光パルスグループの振幅より大きく、
前記第２のフィードバック信号グループと前記第２の信号グループとに基づいて第３のスピン信号グループを生成し、前記第３のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含む
ように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記第１のスピンアレイは、Ｎ個の光パラメトリックオシレータを含み、前記第１のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、前記第１の信号グループのうちの１つを受信するように構成される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項4】
前記第２のスピンアレイは、Ｎ個の光パラメトリックオシレータを含み、前記第２のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、前記第１の信号グループのうちの１つと前記第１のフィードバック信号グループのうちの１つとを受信するように構成され、前記第２のスピンアレイのＮ個の光パラメトリックオシレータは、前記第１のスピンアレイのＮ個の光パラメトリックオシレータと１対１で対応し、前記第２のスピンアレイ及び前記第１のスピンアレイにおいて対応する光パラメトリックオシレータによって受信される信号は同一である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項5】
前記光フィードバックネットワークは、前記第１のスピン信号グループを受信し、前記第１のスピン信号グループを第１の光信号マトリクスに変換するように構成され、前記第１の光信号マトリクスはＮ×Ｎ個の光パルスを含む、第１の信号処理モジュールと、
前記第１の信号処理モジュールに接続され、前記第１の光信号マトリクスと前記第１のデータとに基づいて第１のフィードバック信号マトリクスを生成するように構成され、前記第１のフィードバック信号マトリクスはＮ×Ｎ個の光信号を含む、問題ローディングモジュールと、
前記問題ローディングモジュールに接続され、第１のフィードバック信号マトリクスを第１のフィードバック信号グループに変換するように構成された第２の信号処理モジュールと
を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項6】
前記第２の信号処理モジュールは、前記第２のスピン信号グループを受信し、前記第２のスピン信号グループを第２の光信号マトリクスに変換するようにさらに構成され、前記第２の光信号マトリクスはＮ×Ｎ個の光パルスを含み、前記問題ローディングモジュールは、前記第２の光信号マトリクスおよび前記第１のデータに基づいて第２のフィードバック信号マトリクスを生成するようにさらに構成され、前記第２のフィードバック信号マトリクスは、Ｎ×Ｎ個の光信号を含み、
第１の信号処理モジュールは、前記第２のフィードバック信号マトリクスを前記第２のフィードバック信号グループに変換するようにさらに構成される、
請求項５記載の装置。
【請求項7】
前記光フィードバックネットワークは、複数のカスケード接続されたＭａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ（ＭＺ）干渉計ユニットを含み、各ＭＺ干渉計ユニットは、Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計と、間隔を空けて配置された光スイッチとを含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項8】
前記光計算装置はさらに、前記第１のスピンアレイに接続され、第３のスピン信号グループを検出し、前記第３のスピン信号グループの位相がプリセット値であるとき、前記第３のスピン信号グループに基づいて前記第１のデータの計算結果を取得するように構成された検出器アレイを含む、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項9】
前記第１の信号グループは、前記第１の光パルスグループを含み、前記第２の信号グループは、前記第２の光パルスグループを含み、前記第２の光パルスグループの振幅は、前記第１の光パルスグループの振幅より大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項10】
計算方法であって、前記計算方法は、光計算装置によって実行され、前記光計算装置は、第１のスピンアレイと、第２のスピンアレイと、前記第１のスピンアレイ及び前記第２のスピンアレイに別々に接続された光フィードバックネットワークとを有し、
前記計算方法は、
前記第１のスピンアレイが、第１の信号グループを受信することであって、前記第１の信号グループに基づいて第１のスピン信号グループを生成し、前記第１のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含み、Ｎは２以上の整数である、受信することと、
前記光フィードバックネットワークが、前記第１のスピン信号グループおよび指定された第１のデータに基づいて第１のフィードバック信号グループを生成することであって、前記第１のフィードバック信号グループは、Ｎ個のフィードバック信号を含む、生成することと、
第２のスピンアレイが、前記第１の信号グループおよび前記第１のフィードバック信号グループを受信し、前記第１のフィードバック信号グループおよび前記第１の信号グループに基づいて第２のスピン信号グループを生成することであって、前記第２のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含むこととを含む、
計算方法。
【請求項11】
前記光フィードバックネットワークが、前記第２のスピンアレイによって送信された前記第２のスピン信号グループを受信することと、光フィードバックネットワークが、前記第２のスピン信号グループおよび前記第１のデータに基づき第２のフィードバック信号グループを生成することであって、前記第２のフィードバック信号グループはＮ個のフィードバック信号を含む、生成することと、
第１のスピンアレイが、第２の信号グループを受け取ることと、
第１のスピンアレイが、前記第２のフィードバック信号グループおよび前記第２の信号グループに基づいて、第３のスピン信号グループを生成することであって、前記第３のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含む、生成することと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記光計算装置は検出器アレイをさらに含み、前記方法は、さらに、前記検出器アレイが、前記第３のスピン信号グループを検出することと、
前記第３のスピン信号グループの位相がプリセット値であるとき、前記第３のスピン信号グループに基づいて前記第１のデータの計算結果を取得することと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１のスピンアレイが、前記第１の信号グループを受信することは、前記第１のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータが、前記第１の信号グループのうちの１つを受信することであって、前記第１のスピンアレイはＮ個の光パラメトリックオシレータを含む、受信すること
を含む、請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記第２のスピンアレイは、Ｎ個の光パラメトリックオシレータを含み、前記第２のスピンアレイが、前記第１の信号グループおよび前記第１のフィードバック信号グループを受信することは、前記第２のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータが、前記第１の信号グループのうちの１つおよび前記第１のフィードバック信号グループのうちの１つを受信することであって、前記第２のスピンアレイのＮ個の光パラメトリックオシレータは、前記第１のスピンアレイのＮ個の光パラメトリックオシレータと１対１で対応し、前記第２のスピンアレイ及び前記第１のスピンアレイの対応する光パラメトリックオシレータが受信する信号は同じである、受信することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、情報技術の分野に関し、特に、光計算装置及び計算方法に関する。
【背景技術】
【0002】
薬剤設計、輸送の物理的計画、およびネットワーク資源配分のような多くの分野における組合せ最適化問題は、非決定論的多項式時間困難（ｎｏｎ－ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｈａｒｄ， ＮＰ－ｈａｒｄ）問題であり、組合せ最適化問題を解く時間は、問題における変数の数と共に指数関数的に増加するので、適切な時間期間内に解くことは困難である。組合せ最適化問題をまずＩｓｉｎｇモデルに変換し、そのＩｓｉｎｇモデルを光Ｉｓｉｎｇマシンによりシミュレートし、解く。
【0003】
Ｉｓｉｎｇモデルは、磁気構成中のＮ個のノードにおける物質の相転移を表す確率過程を記述する。Ｎ個のノードの１つは磁気双極子を表し、磁気双極子は＋１または－１のスピン状態を有する。各ノードは他の多くのノードと相互作用し、物質の相転移（たとえばスピン状態の変化）を起こす。
【0004】
光Ｉｓｉｎｇマシンは、複数の光信号（または光パルス）が格子ネットワークを形成するという物理現象を用いてＩｓｉｎｇモデルをシミュレートし、解く。光Ｉｓｉｎｇマシンでは、光信号（または光パルス）の位相を用いて、Ｉｓｉｎｇモデルにおけるノードのスピン状態を表し、光信号または光パルスは、互いに結合され、干渉して、光信号（または光パルス）の位相を変化させる。
【0005】
現在、光Ｉｓｉｎｇマシンの実施形態ソリューションにおいて、光信号は一般に直列に走る。Ｉｓｉｎｇモデルにおけるノードの数が増加するにつれて、より多くの光信号が導入される必要があり、光信号の量が増加すると、光Ｉｓｉｎｇマシンにおける光信号の伝送時間が増加する。その結果、動作時間が大幅に増加し、光Ｉｓｉｎｇ装置の動作効率が制限される。
【発明の概要】
【0006】
本アプリケーションは、光計算装置および計算方法を提供し、高動作効率を有する光Ｉｓｉｎｇマシンを提供し、計算速度を改善する。
【0007】
第１の態様によれば、本出願は、光計算装置を提供する。装置は、第１のスピンアレイ、光フィードバックネットワーク、および第２のスピンアレイを含み、光フィードバックネットワークは、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイに別々に接続される。第１のスピンアレイは、第１の信号グループを受け取り、第１の信号グループに基づいて第１のスピン信号グループを生成することができる。第１のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含み、Ｎは２以上の整数である。第１のスピンアレイは、第１のスピン信号グループを光フィードバックネットワークに送ることができる。第１のスピン信号グループを受信した後、光フィードバックネットワークは、第１のスピン信号グループおよび所定の第１のデータに基づいて、第１のフィードバック信号グループを生成することができ、第１のフィードバック信号グループは、Ｎ個のフィードバック信号を含む。光フィードバックネットワークは、第１のフィードバック信号グループを第２のスピンアレイに送ることができる。第１のフィードバック信号グループを受信することに加えて、第２のスピンアレイは、第１の信号グループをさらに受信することができる。第２のスピンアレイは、第１のフィードバック信号グループおよび第１の信号グループに基づいて第２のスピン信号グループを生成することができ、第２のスピン信号グループは、Ｎ個のスピン信号を含む。
【0008】
第１のスピンアレイまたは第２のスピンアレイによって生成されるスピン信号のグループは、毎回、光計算装置が光信号を処理する手順における中間計算結果を示すことができる。第１のスピンアレイまたは第２のスピンアレイによって生成されたスピン信号のグループの位相が予め設定された値に達すると、スピン信号のグループは、光計算装置が光信号を処理する手順の最終的な計算結果を示すことができる。
【0009】
本出願で提供される光計算装置において、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、同じ信号グループを受信し、第１のスピンアレイは、フィードバック信号を光フィードバックネットワークを通して第２のスピンアレイに送ることができ、その結果、第２のスピンアレイは、スピン信号グループを生成することもできる。第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイが、信号グループ内の信号を処理する手順は、並列である。従って、信号数が増加しても、光計算装置の動作時間が増加しないため、光計算装置の計算効率を効果的に向上させることができる。
【0010】
可能な設計では、第２のスピンアレイは、第２のスピン信号グループを光フィードバックネットワークに送ることができる。光フィードバックネットワークは、第２のスピン信号グループを受信し、第２のスピン信号グループおよび第１のデータに基づいて第２のフィードバック信号グループを生成してもよく、第２のフィードバック信号グループは、Ｎ個のフィードバック信号を含む。第２のフィードバック信号グループを受信するとき、第１のスピンアレイは、さらに第２の信号グループを受信することができる。第１のスピンアレイは、第２のフィードバック信号グループおよび第２の信号グループに基づいて第３のスピン信号グループをさらに生成することができ、第３のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含む。
【0011】
本出願で提供される光計算装置では、第１のスピンアレイと第２のスピンアレイは、光フィードバックネットワークを介して互いに結合され、接続を確立する。これに関連して、光学計算装置の構成が簡略化される。第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、同じ信号グループを受信することができ、スピンアレイは、信号グループを並列に処理し、光フィードバックネットワークを介して互いにフィードバック信号を送ることができる。光フィードバックネットワークを介して第１のスピンアレイと第２のスピンアレイとの間の信号を伝送する手順は、より単純かつ効率的であり、その結果、光計算装置の計算効率が改善される。さらに、第１のスピンアレイと第２のスピンアレイが光フィードバックネットワークを介して互いにフィードバック信号を送るように、第１のスピンアレイと第２のスピンアレイによって生成されたスピン信号の位相インターロックを実現することができる。加えて、本出願で提供される光計算装置においては、第１のスピンアレイと第２のスピンアレイは、光フィードバックネットワークを介して互いに結合されて接続を確立するので、第１のスピンアレイと第２のスピンアレイは、光フィードバックネットワークを介して互いにフィードバック信号を注入する。複数のフィードバック信号が同時に注入されるが、ファイバ長を長くする必要はない。これは、効果的に信号伝送時間を減らし、光計算装置の計算時間を減らし、光計算装置の動作効率を改善するのに役立つ。
【0012】
可能な設計では、第１のスピンアレイは、Ｎ個の光パラメトリックオシレータを含み、第１のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、第１の信号グループのうちの１つを受け取ることができる。
【0013】
本出願で提供される光計算装置において、第１のスピンアレイに含まれるＮ個の光パラメトリックオシレータは、第１の信号グループにおける複数の信号を並列に処理することができ、各光パラメトリックオシレータは、１つのスピン信号を生成することができる。第１のスピンアレイが第１の信号グループを並列に処理するように、光計算装置の動作時間を効果的に短縮することができ、第１のスピンアレイの信号処理効率を効果的に改善することができる。さらに、光計算装置の計算手順が効率的に実行されることを確実にすることができる。
【0014】
可能な設計では、第２のスピンアレイは、Ｎ個の光パラメトリックオシレータを含み、第２のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、第１の信号グループのうちの１つを受信することができ、さらに第１のフィードバック信号グループのうちの１つを受信することができる。各光パラメトリックオシレータによって受信される信号とフィードバック信号は、光パラメトリックオシレータにおいて相互作用する。第２のスピンアレイにおけるＮ個の光パラメトリックオシレータと第１のスピンアレイにおけるＮ個の光パラメトリックオシレータとの間には１対１の対応があり、第２のスピンアレイおよび第１のスピンアレイにおける対応する光パラメトリックオシレータによって受信される信号は同一である。
【0015】
本出願で提供される光計算装置において、第２のスピンアレイに含まれるＮ個の光パラメトリックオシレータは、Ｎ個のフィードバック信号及び複数の信号を並列に処理することができ、各光パラメトリックオシレータは、１個のスピン信号を生成することができる。第２のスピンアレイが信号グループの複数の信号を並列に処理するように、第２のスピンアレイの信号処理効率を向上させることができ、光計算装置の計算手順を効率的に実行することができる。さらに、第２のスピンアレイにおける光パラメトリックオシレータと第１のスピンアレイにおける光パラメトリックオシレータとの間の対応は、第１のスピンアレイにおける各光パラメトリックオシレータ及び第２のスピンアレイにおける対応する光パラメトリックオシレータが同一の光パルスを受け取ることを確実にすることができる。
【0016】
可能な設計では、光フィードバックネットワークは、第１の信号処理モジュール、問題ローディングモジュール、および第２の信号処理モジュールを含む。問題ローディングモジュールは、第１の信号処理モジュールおよび第２の信号処理モジュールに別々に接続される。
【0017】
第１の信号処理モジュールは、第１のスピン信号グループを受信することができ、第１の信号処理モジュールは、第１のスピン信号グループを第１の光信号マトリクスに変換することができ、第１の光信号マトリクスは、Ｎ×Ｎ個の光パルスを含む。第１の信号処理モジュールは、第１の光信号マトリクスを問題ローディングモジュールに送信することができ、問題ローディングモジュールは、第１の光信号マトリクスおよび第１のデータに基づいて第１のフィードバック信号マトリクスを生成することができ、第１のフィードバック信号マトリクスは、Ｎ×Ｎ個の光信号を含む。次に、第２の信号処理モジュールは、第１のフィードバック信号マトリクスを第１のフィードバック信号グループに変換することができる。
【0018】
本出願において提供される光計算装置では、信号処理が光フィードバックネットワーク内で実行されるとき、光電気変換を実行する必要がなく、スピン信号グループがフィードバック信号グループに変換されてもよい。このようにして、計算時間を効果的に短縮することができ、光計算装置の計算効率をさらに向上させることができる。
【0019】
可能な設計では、第２の信号処理モジュールは、さらに、第２のスピン信号グループを受け取り、第２のスピン信号グループを第２の光学信号マトリクスに変換することができ、第２の光学信号マトリクスは、Ｎ×Ｎ個の光パルスを含む。第２の信号処理モジュールは、問題ローディングモジュールに第２の光信号マトリクスを送信してもよい。次に、問題ローディングモジュールは、第２の光信号マトリクスと第１のデータとに基づいて第２のフィードバック信号マトリクスを生成することができ、第２のフィードバック信号マトリクスは、Ｎ×Ｎ個の光信号を含む。問題ローディングモジュールは、第２のフィードバック信号マトリクスを第１の信号処理モジュールに送ることができ、第１の信号処理モジュールは、第２のフィードバック信号マトリクスを第２のフィードバック信号グループに変換することができる。
【0020】
本出願で提供される光計算装置では、信号処理が光フィードバックネットワーク内で実行されるとき、光電気変換を実行する必要がなく、スピン信号グループがフィードバック信号グループに変換されてもよい。このようにして、計算時間を効果的に短縮することができ、光計算装置の計算効率をさらに向上させることができる。
【0021】
可能な設計では、光フィードバックネットワークは、複数のカスケード接続されたマッハツェンダー干渉計ユニットを含むことができ、各マッハツェンダー干渉計ユニットは、マッハツェンダー干渉計と、間隔を空けて配置された光スイッチとを含む。
【0022】
本願の光計算装置では、マッハツェンダ干渉計ユニットのサイズが小さく、コンパクトな構成を有する光計算装置を形成することができ、システムの安定性を確保するために、光計算装置をチップ上に実施形態することができる。
【0023】
可能な設計では、光計算装置は、検出器アレイをさらに含み、検出器アレイは、任意のスピンアレイに接続され得る。第１のスピンアレイに接続されている場合、検出器アレイは、第３のスピン信号グループを検出することができ、第３のスピン信号グループの位相がプリセット値である場合、検出器アレイは、第３のスピン信号グループに基づいて第１のデータの計算結果を得る。
【0024】
本出願で提供される光計算装置において、検出器アレイは、第１のスピンアレイによって生成されるスピン信号グループの位相を検出することによって、最終的な出力結果を都合よく決定することができる。
【0025】
可能な実施形態では、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイによって受信された信号グループ（例えば、第１の信号グループまたは第２の信号グループ）は、複数の光パルスまたは複数の電気信号を含み得、ここで、光パルスまたは電気信号は、信号グループ内の信号とも呼ばれる。例えば、光パルスまたは電気信号の数は、Ｎであってもよい。第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイによって受信された信号グループが複数の電気信号を含む場合、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、複数の電気信号を光パルスのグループに変換することができる。光パルスグループは、Ｎ個の光パルスを含む。
【0026】
例えば、第１の信号グループは、第１の光パルスグループを含み、第２の信号グループは、第２の光パルスグループを含み、第２の光パルスグループの振幅は、第１の光パルスグループの振幅より大きい。
【0027】
本出願において提供される光計算装置において、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、光パルスを直接処理するか、または光電気変換を行って、変換された光パルスを処理することができる。これは、異なるアプリケーションシナリオに適用可能であり、アプリケーション範囲を拡大する。
【0028】
第２の態様によれば、本出願は、計算方法を提供する。有益な効果については、第１の側面の関連記述を参照されたい。詳細は、ここでは再度説明しない。本方法は、光計算装置によって実行され、光計算装置は、第１のスピンアレイ、第２のスピンアレイ、および第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイに別々に接続される光フィードバックネットワークを含む。この方法は、第１のスピンアレイが最初に第１の信号グループを受信し、第１の信号グループに基づいて第１のスピン信号グループを生成することを含む。第１のスピン信号グループはＮ個のスピン信号を含み、Ｎは２以上の整数である。第１のスピンアレイは、第１のスピン信号グループを光フィードバックネットワークに送る。
【0029】
第１のスピン信号グループを受信した後、光フィードバックネットワークは、第１のスピン信号グループおよび指定された第１のデータに基づいて、第１のフィードバック信号グループを生成し、第１のフィードバック信号グループは、Ｎ個のフィードバック信号を含む。光フィードバックネットワークは、第１のフィードバック信号グループを第２のスピンアレイに送る。
【0030】
第２のスピンアレイは、第１の信号グループおよび第１のフィードバック信号グループを受信し、第１のフィードバック信号グループおよび第１の信号グループに基づいて第２のスピン信号グループを生成することができ、第２のスピン信号グループは、Ｎ個のスピン信号を含む。
【0031】
可能な設計では、第２のスピンアレイは、第２のスピン信号グループを光フィードバックネットワークに送ることができる。第２のスピンアレイによって送信された第２のスピン信号グループを受信した後、光フィードバックネットワークは、第２のスピン信号グループおよび第１のデータに基づいて、第２のフィードバック信号グループを生成することができ、第２のフィードバック信号グループは、Ｎ個のフィードバック信号を含む。光フィードバックネットワークは、第２のフィードバック信号グループを第１のスピンアレイに送ることができる。
【0032】
第１のスピンアレイは、さらに、第２の信号グループを受け取ることができる。
【0033】
第１のスピンアレイは、受信された第２のフィードバック信号グループおよび受信された第２の信号グループに基づいて第３のスピン信号グループを生成し、第３のスピン信号グループは、Ｎ個のスピン信号を含む。
【0034】
可能な設計では、光計算装置は、検出器アレイをさらに含む。検出器アレイは、第３のスピン信号グループを検出し、第３のスピン信号グループにおける各スピン信号の位相を決定することができる。
【0035】
第３のスピン信号グループの位相がプリセット値である場合、検出器アレイは、第３のスピン信号グループに基づいて第１のデータの計算結果を得ることができる。
【0036】
可能な設計では、第１のスピンアレイが第１の信号グループを受信するとき、第１のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、第１の信号グループのうちの１つを受信することができる。
【0037】
可能な設計では、第２のスピンアレイはＮ個の光パラメトリックオシレータを含み、第２のスピンアレイが第１の信号グループおよび第１のフィードバック信号グループを受信すると、第２のスピンアレイの各光パラメトリックオシレータは、第１の信号グループのうちの１つおよび第１のフィードバック信号グループのうちの１つを受信することができる。第２のスピンアレイにおけるＮ個の光パラメトリックオシレータは、第１のスピンアレイにおけるＮ個の光パラメトリックオシレータと１対１の対応関係にあり、第２のスピンアレイおよび第１のスピンアレイにおける対応する光パラメトリックオシレータによって受信される光パルスは同一である。
【0038】
第３の態様によれば、本出願は、光計算チップを提供する。光コンピューティングチップは、第１の態様のうちの任意の１つまたは第１の態様の可能な実施形態による光計算装置を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本出願に係る光計算装置の構成の概略図である。
【図2】本出願に係る光計算装置における信号伝送のフローチャートである。
【図3】本出願に係る光計算装置における信号伝送の別のフローチャートである。
【図4】本出願に係る２つのスピンアレイによって受信された光パルスグループの概略図である。
【図5】本出願に係る第２のスピンアレイの構成の概略図である。
【図6】本出願に係る光パラメトリックオシレータの構成の概略図である。
【図7】本出願に係る光フィードバックネットワークの構成の概略図である。
【図8A】本出願に係るＸＹ平面上の第１の信号処理モジュールによるスピン信号グループＥの処理のフローチャートである。
【図8B】本出願に係るＹＺ平面上の第１の信号処理モジュールによるスピン信号Ｅ１の処理のフローチャートである。
【図9】本出願に係る第１の信号処理モジュールによって生成された光信号マトリクスの概略図である。
【図10】本出願に係る問題ローディングモジュールによる信号処理のフローチャートである。
【図11】本出願に係るフィードバック信号マトリックスの概略図である。
【図12A】本出願に係るＸＹ平面上の第２の信号処理モジュールによるフィードバック信号マトリクスの処理のフローチャートである。
【図12B】本出願に係るＹＺ平面上の第１の信号処理モジュールによって、フィードバック信号マトリクス内の信号列を処理するフローチャートである。
【図13】本出願に係る光計算装置の構成の概略図である。
【図14】本出願に係るＭＺＩＵの構成の概略図である。
【図15A】本出願に係るＭＺＩＵにおける信号の伝送路の概略図である。
【図15B】本出願に係る他のＭＺＩＵにおける信号の伝送路の概略図である。
【図16】本出願に係る光計算装置の構成の概略図である。
【図17】本出願に係る計算方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0040】
本出願は、計算方法と光計算装置を提供し、高い動作効率を有する光Ｉｓｉｎｇマシンを提供する。
【0041】
図１は、本出願の一実施形態による光計算装置を示す。光計算装置１０は、２つのスピンアレイおよび光フィードバックネットワーク３００を含む。２つのスピンアレイは、それぞれ、区別のための第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００であり、光フィードバックネットワーク３００は、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００に別々に接続される。
【0042】
本出願のこの実施形態におけるスピンアレイ（第１のスピンアレイ１００または第２のスピンアレイ２００）は、信号グループ（および光フィードバックネットワーク３００によってフィードバックされる複数のフィードバック信号）を受信し、受信された信号グループ（および受信された複数のフィードバック信号）に基づいて複数のスピン信号を生成することができる。
【0043】
スピンアレイによって受信された信号グループに含まれる信号のタイプは、本出願のこの実施形態において限定されない。信号グループは、複数の光パルスまたは複数の電気信号（例えば、電気パルス）を含んでもよい。例えば、光パルスおよび電気信号の数はＮ個であってもよい。（Ｎ個の電気信号を含む）電気信号グループを受信したとき、スピンアレイは、受信した電気信号グループをＮ個の光パルスに変換することができる。電気信号をＮ個の光パルスに変換した後、スピンアレイは、Ｎ個の光パルス（およびＮ個のフィードバック信号）に基づいてＮ個のスピン信号を生成することができる。本出願のこの実施形態では、スピンアレイによって受信された信号が光パルスグループである例は、単に説明のために使用され、光パルスグループは、Ｎ個の光パルスを含む。
【0044】
光フィードバックネットワーク３００は、スピンアレイによって生成された複数のスピン信号を受信することができ、予め設定された第１のデータに基づいて、スピンアレイ１００によって生成された複数のスピン信号を処理して、複数のフィードバック信号を生成することができ、生成された複数のフィードバック信号を別のスピンアレイにフィードバックすることができる。
【0045】
この出願のこの実施形態では、第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）によって受信された信号グループが、Ｎ個の光パルスを含む光パルスグループである例が説明のために使用される。第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）によって受信された信号グループが、（Ｎ個の電気信号を含む）電気信号グループである場合は、第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）によって受信された信号グループが、Ｎ個の光パルスを含む光パルスグループである場合と同様であり、第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）によって受信された信号グループがＮ個の電気信号を含む場合は、第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）が、Ｎ個の電気信号をＮ個の光パルスに最初に変換する必要があるという点で相違がある。Ｎ個の光パルスを続けて処理する方法は、第１のスピンアレイ１００（または第２のスピンアレイ２００）が光パルスグループを受信したときにＮ個の光パルスを処理する方法と同じである。
【0046】
以下に、第１のスピンアレイ１００、光フィードバックネットワーク３００、および第２のスピンアレイ２００の間の信号伝送手順を説明する。第１のスピンアレイ１００、光フィードバックネットワーク３００、および第２のスピンアレイ２００の間の信号伝送は、信号伝送方向に基づく２つの手順、すなわち、第１のスピンアレイ１００によって生成されたスピン信号が光フィードバックネットワーク３００を介して第２のスピンアレイ２００に到達する信号伝送（手順１）、および第２のスピンアレイ２００によって生成されたスピン信号が光フィードバックネットワーク３００を介して第１のスピンアレイ１００に到達する信号伝送（手順２）を含んでもよい。
【0047】
手順１は、第１のスピンアレイ１００によって生成されたスピン信号が、光フィードバックネットワーク３００を介して第２のスピンアレイ２００に到達する信号伝送手順である。
【0048】
図２に示すように、第１のスピンアレイ１００は、光パルスグループを受け取ることができ（説明を容易にするために、第１のスピンアレイ１００によって受け取られる光パルスグループは、光パルスグループＡで表す）、光パルスグループＡは、複数の同じ光パルス、Ａ１、Ａ２、Ａ３、．．．．．ＡＮを含む。
【0049】
第１のスピンアレイ１００は、光パルスグループＡに基づくスピン信号グループを生成することができ（説明を簡単にするため、スピン信号グループは、スピン信号グループＥによって表される）、ここで、スピン信号グループＥの複数のスピン信号は、それぞれ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、・・・、およびＥＮであり、次いで、スピン信号グループＥを光フィードバックネットワーク３００に入力する。
【0050】
スピン信号グループＥを受信した後、光フィードバックネットワーク３００は、事前設定された第１のデータを使用してスピン信号グループＥを処理して、フィードバック信号グループを生成し（説明を容易にするため、フィードバック信号グループはフィードバック信号グループｆＡで表す）、ここで、フィードバック信号グループｆＡは、ｆＡ１、ｆＡ２、．．．、およびｆＡＮの複数のフィードバック信号を含み、フィードバック信号グループｆＡを第２のスピンアレイ２００に入力する。
【0051】
手順２は、第２のスピンアレイ２００によって生成されたスピン信号が、光フィードバックネットワーク３００を介して第１のスピンアレイ１００に到達する信号伝送手順である。
【0052】
図３に示すように、フィードバック信号グループｆＡを受信することに加えて、第２のスピンアレイ２００は、光パルスグループＡと同じ光パルスグループをさらに受信することができる。光パルスグループを受け取る異なるスピンアレイを区別するために、光パルスグループＡと同じ第２のスピンアレイ２００が受け取る光パルスグループは、光パルスグループＢによって表され、光パルスグループＢは、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、．．．、およびＢＮという複数の光パルスを含む。Ｂ１及びＡ１は、同一の光パルスであり、Ｂ２及びＡ２は、同一の光パルスであり、Ｂ３及びＡ３は、同一の光パルスであり、ＢＮ及びＡＮは、同一の光パルスである。
【0053】
第２のスピンアレイ２００は、フィードバック信号グループｆＡ及び光パルスグループＢに基づいてスピン信号グループを生成し（説明を容易にするため、スピン信号グループはスピン信号グループＦによって表される）、スピン信号グループＦの複数のスピン信号は、それぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・、ＦＮであり、次いで、スピン信号グループＦを光フィードバックネットワーク３００に入力する。
【0054】
光フィードバックネットワーク３００は、事前設定された第１のデータを使用してスピン信号グループＦを処理して、フィードバック信号グループを生成し（説明を容易にするために、フィードバック信号グループはフィードバック信号グループｆＢによって表される）、ここで、フィードバック信号グループｆＢは、ｆＢ１、ｆＢ２、．．．、およびｆＢＮという複数のフィードバック信号を含み、フィードバック信号グループｆＢを第１のスピンアレイ１００に入力する。
【0055】
手順１および手順２において、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、光フィードバックネットワーク３００を通して互いにフィードバック信号を送り、第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイによって生成されたスピン信号の位相インターロックの効果を達成することができる。
【0056】
第１のスピンアレイ１００及び第２のスピンアレイ２００が、光パルスグループ内の光パルスを処理する手順が並列であることにより、光計算装置１０の動作時間を効果的に短縮することができる。光パルスの数が増加しても、光計算装置の動作時間は増加しない。これは、光計算装置の計算効率を効果的に保証する。
【0057】
光パルスグループＡを受信した後、第１のスピンアレイ１００は、さらに、光パルスの別のグループを受信する。例えば、後に受信される光パルスグループは、光パルスグループＡ’である。光パルスグループＡ’を受信した後、第１のスピンアレイ１００は、フィードバック信号グループｆＢ及び光パルスグループＡ′に基づいたスピン信号グループを生成する（説明を容易にするために、スピン信号グループはスピン信号グループＰによって表される）。ここで、スピン信号グループＰの複数のスピン信号は、それぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、…、及びＰＮである。第１のスピンアレイ１００は、スピン信号グループＰを光フィードバックネットワーク３００に入力し、光フィードバックネットワーク３００は、スピン信号グループＰおよび事前設定された第１のデータに基づくフィードバック信号グループを生成し（説明を容易にするために、フィードバック信号グループはフィードバック信号グループｆＡ’によって表される）、フィードバック信号グループｆＡ’は、複数のフィードバック信号を含み、フィードバック信号グループｆＡ’を第２のスピンアレイ２００に入力する。この手順は、手順１と同様であり、相違は、第１のスピンアレイ１００が、後に受信された光パルスグループと、光フィードバックネットワーク３００によって生成された複数のフィードバック信号とに基づいて、スピン信号のグループを生成するという点にある。
【0058】
第２のスピンアレイ２００は、さらに、光パルスグループＡ’と同じ光パルスグループ（光パルスグループＢ’によって表されてもよい）を受信し、光フィードバックネットワーク３００によって入力された光パルスグループＢ’およびフィードバック信号グループｆＡ’を使用することによって、スピン信号のグループを生成してもよく（説明を容易にするために、スピン信号グループはスピン信号グループＱによって表される）、ここで、スピン信号グループＱの複数のスピン信号は、それぞれＱ１、Ｑ２、Ｑ３、．．．．およびＱＮである。第２のスピンアレイ２００は、スピン信号グループＱを光フィードバックネットワーク３００に入力する。光フィードバックネットワーク３００は、スピン信号グループおよびプリセットされた第１のデータに基づいてフィードバック信号グループを生成することができ（説明を容易にするために、フィードバック信号グループはフィードバック信号グループｆＢ’によって表される）、フィードバック信号グループｆＢ’は、複数のフィードバック信号を含み、フィードバック信号グループｆＢ’を第１のスピンアレイ１００に入力する。この手順は、手順２と同様であり、相違は、第２のスピンアレイ２００によって受信される信号（光パルスおよびフィードバック信号）が異なるという点である。
【0059】
光計算装置の第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００は、さらに、その後、同じ光パルスグループを受信し続け、前述の手順と同様の信号伝送手順を実行する。言い換えれば、光計算装置の第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００は、同一の光パルスグループを受信するたびに、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００は、前述の手順と同様の信号送信手順を一回実行する。
【0060】
手順１および手順２と同様の信号処理手順において、第１のスピンアレイ１００または第２のスピンアレイ２００によって生成されるスピン信号グループは、光計算装置１０の中間計算結果を示す。第１のスピンアレイ１００または第２のスピンアレイ２００によって生成されたスピン信号グループにおけるＮ個のスピン信号の位相が０またはπに崩壊するまで、スピン信号グループは、最終的な計算結果を示すことができる。
【0061】
言うまでもなく、手順１及び手順２と同様の信号伝送手順が光計算装置内で１回サイクルされる場合、第１のスピンアレイ１００及び第２のスピンアレイ２００によって受信される光パルスのグループは同一である（例えば、光パルスグループＡは光パルスグループＢと同一であり、光パルスグループＡ’は光パルスグループＢ’と同一である）。実施形態においては、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００によって受信される光パルスの各グループは、同じポンプ源によって送信されてもよい。ポンプ源が光パルスグループを送った後、光パルスグループは、分割によって２つの同じ光パルスグループに分割され、２つの同じ光パルスグループは、それぞれ、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００に送られる。別の実施形態では、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００によって受信される各光パルスグループは、同じポンプ源によって送信されてもよい。第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００が、手順１および手順２と同様の信号伝送手順を１回繰り返すと、ポンプ源は、指定された時間間隔で２つの同じ光パルスグループを送ることができ、この場合、一方の光パルスグループが第１のスピンアレイ１００に送られ、他方の光パルスグループが第２のスピンアレイ２００に送られる。例えば、ポンプ源は、時間間隔Ｔ／２で１つの光パルスグループを生成し、時間Ｔ内に２つの同じ光パルスグループを生成することができる。異なる時間Ｔで生成される光パルスは、異なってもよい。
【0062】
別の実施において、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００によって受信される各光パルスグループは、代替的に、２つの異なるポンプ源によって送信されてもよいが、２つの異なるポンプ源によって送信される２つの光パルスグループは、同一である。
【0063】
さらに、１つのスピンアレイ（例えば、第２のスピンアレイ２００）は、受信された光パルスグループおよび光フィードバックネットワーク３００から受信したフィードバック信号グループに基づいて、スピン信号グループを生成する必要がある。第２のスピンアレイ２００によって受信されたフィードバック信号グループは、第１のスピンアレイ１００に基づいて、同じ光パルスグループ（および別のフィードバック信号グループ）を使用して、光フィードバックネットワーク３００によって生成される。具体的には、第２のスピンアレイ２００が光パルスのグループを受け取る時刻は、第１のスピンアレイ１００が同じ光パルスグループを受け取る時刻よりも遅くなければならない。このようにして、第２のスピンアレイ２００は、光パルスグループを受信したとき、光フィードバックネットワーク３００からフィードバック信号グループを取得することができる。
【0064】
換言すれば、２つのスピンアレイは、同じ光パルスグループを受け取るが、光パルスグループが２つのスピンアレイに到着する時間は異なり、時間差が存在する。時間差は、第２のスピンアレイ２００が、光パルスグループおよびフィードバック信号グループを同時に受け取ることを可能にし得る。時間差は、第１のスピンアレイ１００による光パルスグループの受信から、光フィードバックネットワーク３００によるフィードバック信号グループを第２のスピンアレイ２００にフィードバックするまでの時間に基づいて決定され、光パルスグループが光計算装置において処理され、対応するフィードバック信号を生成する時間に関連する。
【0065】
例えば、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００によって受信される各光パルスグループは、同じポンプ源によって送信されてもよい。各光パルスグループをポンプ源によって送信する周期がＴである場合、すなわち、ポンプ源が間隔Ｔで１光パルスグループを生成する場合、ポンプ源によって送信される１光パルスグループが分割された後、光パルスグループが第１のスピンアレイ１００に到達する時間と、光パルスグループが第２のスピンアレイ２００に到達する時間との間の差をＴ／２に設定することができる。
【0066】
図４は、２つのスピンアレイによって受信される光パルスグループの概略図である。第１のスピンアレイ１００は、光パルスグループＡを使用してスピン信号を生成する。スピン信号は、光フィードバックネットワークを使用して処理され、フィードバック信号グループＥを生成し、フィードバック信号グループＥは、第２のスピンアレイ２００に注入される。
【0067】
第２のスピンアレイ２００は、受信した光パルスグループＢおよびフィードバック信号グループＥを使用することによって、新しいスピン信号を生成する。新しいスピン信号は、光フィードバック信号を使用することによって処理され、フィードバック信号グループＦを生成し、フィードバック信号グループＦは、第１のスピンアレイ１００に注入される。このようにして、循環的重ね合わせが行われる。
【0068】
ポンプ源は、毎回発生される１つの光パルスグループを調整することができる。例えば、ポンプ源は、光パルスグループ内の各光パルスの振幅を増加させて、Ｔより前に生成された光パルスグループとは異なる光パルスグループを生成し、生成された光パルスグループを第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００に別々に入力することができる。このようにして、光計算装置の第１のスピンアレイ１００、第２のスピンアレイ２００、および光フィードバックネットワーク３００は、ポンプ源によって生成される光パルスグループに基づいて、第２のスピンアレイ２００によって生成されるスピン信号グループを変化させることができる。
【0069】
第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００は、同じ光パルスグループを受け続け、前述の手順を実行し、光フィードバックネットワーク３００を介して、互いにフィードバック信号を送り続ける。本出願のこの実施形態では、第１のスピンアレイ１００及び第２のスピンアレイ２００は、光フィードバックネットワーク３００を介して結合され、接続を確立し、光パルスの各グループにおける光パルスの処理手順は並列であるため、光パルスの数が増加しても光計算装置の動作時間は増加せず、光計算装置の計算効率は効果的に改善され得る。
【0070】
以上、光計算装置における信号伝送手順について説明した。以下に、光計算装置における各構成要素による信号の処理方法を説明する。
（１） 第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００
第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００の動作原理は同様である。
ここでは、説明の一例として、第２のスピンアレイ２００のみを使用する。
（１） 第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００
第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００の動作原理は同様である。
ここでは、説明の一例として、第２のスピンアレイ２００のみを使用する。
【0071】
図５に示すように、第２のスピンアレイ２００は、複数の並列光パラメトリックオシレータを含み、光パラメトリックオシレータの数は、受信される光パルスグループに含まれる光パルスの数と同じである。各光パラメトリックオシレータは、光フィードバックネットワーク３００に接続され、光フィードバックネットワーク３００からのフィードバック信号のグループの１つを受信する。光パラメトリックオシレータは、光ポンプの光パラメトリックオシレータおよび電気ポンプの光パラメトリックオシレータを含むが、これらに限定されない。
【0072】
例えば、第２のスピンアレイ２００によって受信される光パルスグループは、光パルスグループＢであり、光パルスグループＢの光パルスは、それぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３、．．．、およびＢＮであり、光パルスの数は、Ｎに等しい。第２のスピンアレイ２００は、Ｎ個の光パラメトリックオシレータ（光パラメトリックオシレータ）を含み、各光パラメトリックオシレータは、光パルスグループＢにおいて１つの光パルスを受信することができる。このようにして、Ｎ個の光パラメトリックオシレータは、光パルスグループＢのＮ個の光パルスを受信することができる。このように、第２のスピンアレイ２００は、光パルス・グループＢ内のＮ個の光パルスを並列に処理して、信号処理効率を改善することができる。
【0073】
光パラメトリックオシレータ（光パラメトリックオシレータとも呼ばれる）は、光信号（または光パルス）の周波数に基づいて発振することができるパラメトリックオシレータである。光パラメトリックオシレータは、光パラメトリックオシレータに入力された光信号（または光パルス）に基づいて、非線形光相互作用を介して新しい光信号（または光パルス）を生成することができる。
【0074】
本出願のこの実施形態では、第２のスピンアレイ２００は、光パルスグループＢを受信したときに、光フィードバックネットワーク３００からフィードバック信号グループｆＡをさらに受信する。光フィードバックネットワーク３００は、フィードバック信号グループｆＡ内の複数のフィードバック信号を、第２のスピンアレイ２００内の光パラメトリックオシレータに別々に入力することができ、各光パラメトリックオシレータは、１つのフィードバック信号を受信する。換言すれば、第２のスピンアレイ２００の１つの光パラメトリックオシレータに入力される信号は、光パルスグループＢの１つの光パルスと、フィードバック信号グループｆＡの１つのフィードバック信号とを含む。
【0075】
言うまでもなく、光パラメトリックオシレータでは、フィードバック信号グループｆＡの１つのフィードバック信号と１つの光パルスとが相互作用する必要があるため、光パルスを受け取るための時間周期と光パラメトリックオシレータによってフィードバック信号を受け取るための時間周期とが重複する必要がある。光パルスとフィードバック信号が、光パラメトリックオシレータ内で相互作用できることを確実にするために、光フィードバックネットワーク３００の光信号の伝送路長、ポンプソースによって送信される光パルスの伝送路、または、ポンプソースによって光パルスを生成する周期を調整することができる。このようにして、光パルスとフィードバック信号は、指定された時間内で同時に光パラメトリックオシレータに入射することができる。
【0076】
図６は、光パラメトリックオシレータの構成の概略図である。光パラメトリックオシレータは、２つのＢｒａｇｇ反射ゾーンと１つのパラメトリック発振ゾーンを含み、ここでＢｒａｇｇ反射ゾーンはパラメトリック発振ゾーンの両端に位置する。２つのＢｒａｇｇ反射ゾーンは共振空洞を形成する。
光パラメトリックオシレータに入った後、フィードバック信号は、発振のために２つのＢｒａｇｇ反射ゾーン間で前後に伝送される。光パルスは、パラメトリック発振ゾーンに結合され、入力され、フィードバック信号との非線形相互作用を発生し、次いで、光パルスは結合され、パラメトリック発振ゾーンからフィルタリングアウトされる。フィルタリングアウト後、光パラメトリックオシレータに残された光信号はスピン信号である。本出願のこの実施形態では、光パラメトリックオシレータによって出力される光信号の位相はスピン状態に対応し得るので、光パラメトリックオシレータによって出力される光信号は、スピン信号と呼ばれる。
光パラメトリックオシレータに入った後、フィードバック信号は、発振のために２つのＢｒａｇｇ反射ゾーン間で前後に伝送される。光パルスは、パラメトリック発振ゾーンに結合され、入力され、フィードバック信号との非線形相互作用を発生し、次いで、光パルスは結合され、パラメトリック発振ゾーンからフィルタリングアウトされる。フィルタリングアウト後、光パラメトリックオシレータに残された光信号はスピン信号である。本出願のこの実施形態では、光パラメトリックオシレータによって出力される光信号の位相はスピン状態に対応し得るので、光パラメトリックオシレータによって出力される光信号は、スピン信号と呼ばれる。
【0077】
第２のスピンアレイ２００の各光パラメトリックオシレータは、１つのスピン信号を生成することができ、第２のスピンアレイ２００は、Ｎ個のスピン信号（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、．．．、およびＱＮ個）を含むスピン信号グループＱを出力することができる。
【0078】
第１のスピンアレイ１００に含まれる光パラメトリックオシレータと、各光パラメトリックオシレータにおける信号の相互作用手順とは、第２のスピンアレイ２００に含まれる光パラメトリックオシレータと、各光パラメトリックオシレータにおける信号の相互作用手順と同一である。詳細は、ここでは再度説明しない。
【0079】
なお、第２のスピンアレイ２００における光パラメトリックオシレータと、第１のスピンアレイ１００における光パラメトリックオシレータとの間には、１対１の対応がある。第２のスピンアレイ２００および第１のスピンアレイ１００が同じ光パルスグループを受け取る場合、第２のスピンアレイ２００および第１のスピンアレイ１００内の２つの対応する光パラメトリックオシレータによって受け取られる光パルスは同じである。
【0080】
言うまでもなく、第２のスピンアレイ２００によって受信された信号グループがＮ個の光パルスを含む例を、本明細書において説明のために依然として使用する。第２のスピンアレイ２００によって受信された信号グループがＮ個の電気信号を含む場合は、第２のスピンアレイ２００によって受信された信号グループがＮ個の光パルスを含む場合と同様である。相違点は、第２のスピンアレイ２００によって受信される信号グループがＮ個の電気信号を含む場合、第２のスピンアレイ２００は、最初にＮ個の電気信号をＮ個の光パルスに変換する必要がある点である。Ｎ個の光パルスを処理する手順は、第２のスピンアレイ２００によって受信された信号グループがＮ個の光パルスを含む場合、Ｎ個の光パルスを処理する方法と同じである。具体的には、第２のスピンアレイ２００の内部では、各光パラメトリックオシレータは、電気信号グループの１つを受信し、処理のために電気信号を１つの光パルスに変換する。次に、各光パラメトリックオシレータは、変換によって得られた光パルスと受信したフィードバック信号に基づいて１つのスピン信号を生成する。各光パラメトリックオシレータが、変換によって得られた光パルスと、受信されたフィードバック信号とに基づいてスピン信号を生成する方法は、第２のスピンアレイ２００によって受信された信号のグループがＮ個の光パルスを含む場合、各光パラメトリックオシレータが、１つの受信光パルスと１つの受信フィードバック信号とに基づいて１つのスピン信号を生成する方法と同じである。
（２） 光フィードバックネットワーク３００
このアプリケーションのこの実施形態では、光フィードバックネットワーク３００は、全光フィードバックネットワークであってもなくてもよい。全光フィードバックは、フィードバック信号を生成する手順が、光信号を使用することによって実施されることを意味する。非全光フィードバックは、フィードバック信号が回路の形態で、または光電複合フィードバックの形態で生成され得ることを意味する。例えば、非全光フィードバックが使用される場合、複数の光パルスをまず電気信号に変換し、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）を使用することによって、電気信号にフィードバック情報をロードすることができる。新しい光信号は、フィードバック情報を負荷した電気信号に基づいて変調され（例えば、光信号の位相または強度を変化させる）、変調された光信号はフィードバック信号である。本発明のこの実施形態では、光フィードバックネットワーク３００の実施形態は限定されない。言うまでもなく、光フィードバックネットワーク３００が全光フィードバックネットワークである場合、フィードバック信号グループ（本質的には、フィードバック信号も光信号である）は、光－電気変換を使用することなく、光フィードバックネットワーク３００の信号処理手順において生成され得、フィードバック信号グループは、第１のスピンアレイ１００または第２のスピンアレイ２００に送られる。全光フィードバックネットワークでは光から電気への変換が省略されるため、計算時間を効果的に短縮することができ、光フィードバックネットワーク３００の信号処理効率を改善することができる。
（２） 光フィードバックネットワーク３００
このアプリケーションのこの実施形態では、光フィードバックネットワーク３００は、全光フィードバックネットワークであってもなくてもよい。全光フィードバックは、フィードバック信号を生成する手順が、光信号を使用することによって実施されることを意味する。非全光フィードバックは、フィードバック信号が回路の形態で、または光電複合フィードバックの形態で生成され得ることを意味する。例えば、非全光フィードバックが使用される場合、複数の光パルスをまず電気信号に変換し、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）を使用することによって、電気信号にフィードバック情報をロードすることができる。新しい光信号は、フィードバック情報を負荷した電気信号に基づいて変調され（例えば、光信号の位相または強度を変化させる）、変調された光信号はフィードバック信号である。本発明のこの実施形態では、光フィードバックネットワーク３００の実施形態は限定されない。言うまでもなく、光フィードバックネットワーク３００が全光フィードバックネットワークである場合、フィードバック信号グループ（本質的には、フィードバック信号も光信号である）は、光－電気変換を使用することなく、光フィードバックネットワーク３００の信号処理手順において生成され得、フィードバック信号グループは、第１のスピンアレイ１００または第２のスピンアレイ２００に送られる。全光フィードバックネットワークでは光から電気への変換が省略されるため、計算時間を効果的に短縮することができ、光フィードバックネットワーク３００の信号処理効率を改善することができる。
【0081】
本出願のこの実施形態では、光フィードバックネットワーク３００は、事前設定された第１のデータに基づいて、任意のスピンアレイによって入力される一スピン信号グループを処理することができる。事前設定された第１のデータは、解決されるべきＮＰ困難問題に関連し、ＮＰ困難な問題が数学的に抽象化された後に得られる。異なる構成を有する光フィードバックネットワーク３００では、従って、第１のデータの表現形式は異なる。このアプリケーションの実施形態は、２つのタイプの光フィードバックネットワーク３００を提供する。以下に、２つのタイプの光フィードバックネットワーク３００を別々に説明する。
【0082】
図７に示すように、光フィードバックネットワーク３００は、２つの信号処理モジュール（第１の信号処理モジュールおよび第２の信号処理モジュール）および問題ローディングモジュールを含む。第１の信号処理モジュールは、第１のスピンアレイ１００から各スピン信号グループを受信し、第２の信号処理モジュールは、第２のスピンアレイ２００から各スピン信号グループを受信する。
【0083】
信号処理モジュールは、１次元スピン信号グループを２次元光信号マトリクスに変換し、さらに２次元フィードバック信号マトリクスをフィードバック信号グループに変換することができる。換言すれば、信号処理モジュールは、信号次元を増加させることができ、その結果、問題ローディングモジュールは、処理を実行することができ、さらに、信号次元を減少させ、フィードバック信号グループをスピンアレイに入力することができる。
【0084】
本出願のこの実施形態におけるすべての信号マトリックス（例えば、光信号マトリックスおよびフィードバック信号マトリックス）は、Ｎ×Ｎ個の光信号を含むマトリックスであることに留意されたい。
【0085】
第１のデータが問題ローディングモジュールにセットされ、第１のデータが２次元光信号マトリクスに適用され、フィードバック信号マトリクスを生成する。
【0086】
以下では、第１の信号処理モジュールがスピン信号グループＥを受信する例を使用して、信号処理モジュールが１次元スピン信号グループを２次元光信号マトリクスに変換する方法を説明する。
【0087】
スピン信号グループＥを受信した後、第１の信号処理モジュールは、スピン信号グループＥの各スピン信号に対して整形およびコリメーションを実行して、スピン信号スピン信号グループが並列に送信され、クロストークが発生しないようにすることができる。信号の整形およびコリメーションは、マイクロミラーアレイによって実施されてもよく、または別の光学コンポーネントによって実施されてもよい。これは、本出願のこの実施態様において限定されない。
【0088】
第１の情報処理モジュールは、スピン信号の送信平面の並列スピン信号を分割する。各スピン信号はＮ個の同じスピン信号に分割され、Ｎ個のスピン信号はＮ列のスピン信号に分割される。スピン信号の各列は、Ｎ個のスピン信号を含み、各列のＮ個のスピン信号は同じであり、Ｎ×Ｎ個の光信号マトリックスを形成する。スピン信号の分割は、円筒形ミラーによって実施されてもよく、または別の光学コンポーネントによって実施されてもよい。これは、本出願のこの実施態様において限定されない。
【0089】
以下に、図面を参照して説明する。図８Ａは、ＸＹ平面上の第１の信号処理モジュールによるスピン信号グループＥの処理のフローチャートである。スピン信号グループＥのスピン信号（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、．．．、およびＥＮ）は、マイクロミラーアレイを使用することによってコリメートされ、Ｎ個の並列スピン信号を形成し、Ｎ個の並列スピン信号は、シリンダミラーを通過した後に、Ｎ個のスピン信号列を形成する。スピン信号の各列によって形成される平面は、ＸＹ平面に対して垂直であり、ＹＺ平面に対して平行である。
【0090】
図８Ｂは、ＹＸ平面における第１の信号処理モジュールによるスピン信号の処理のフローチャートである。
【0091】
スピン信号グループＥのスピン信号（例えばＥ１）は、マイクロミラーアレイを使用することによってコリメートされ、円筒形ミラーを通過した後にＮ個のスピン信号Ｅ１を形成する。
【0092】
図９は、第１の信号処理モジュールによって生成された光信号マトリクスを示す。光信号マトリクスのサイズはＮ×Ｎであり、各列の光信号はスピン信号グループＥのスピン信号と同じである。
【0093】
スピン信号のコリメーションおよび分割をより良好に実施するために、第１のスピンアレイ１００は、第１の信号処理モジュール内のマイクロミラーアレイ上及び円筒形ミラーの焦点面に配置されてもよい。
【0094】
以下では、問題ローディングモジュールが、図９に示す光信号マトリクスを受信し、フィードバック信号マトリクスを生成する例を用いて、問題ローディングモジュールが行う信号処理手順について説明する。
【0095】
この構成では、問題ローディングモジュールの第１のデータセットは、２次元相互作用マトリクスとして抽象化され得る。
【0096】
２次元相互作用マトリクスは、空間光変調器によって実現され、光信号の光学位相または強度は、空間光変調器を使用することによって変調される。具体的には、２次元相互作用マトリクス中の要素は、空間光変調器が信号マトリクス中の信号の光学位相または強度を変調する程度を示す。
【0097】
２次元相互作用マトリクスは、代替的に、デジタル・マイクロミラー・アレイによって実現されてもよく、光信号の光強度は、デジタル・マイクロミラー・アレイを使用することによって変調される。具体的には、２次元相互作用マトリクス内の要素は、デジタルマイクロミラーアレイが、信号マトリクス内の信号の光学位相または強度を変調する程度を示す。
【0098】
２次元相互作用マトリクスは対称マトリクスであり、対角上の要素はゼロではない。
【0099】
図１０に示すように、問題ローディングモジュールによって実行される信号処理手順は、マトリクス演算として抽象化されてもよく、フィードバック信号マトリクスは、第１の信号処理モジュールによって生成される光信号マトリクスと２次元マトリクスとを用いて生成される。
【0100】
光信号マトリクス内の光信号は、２次元マトリクス内の対応する位置にある要素と相互作用し、フィードバック信号マトリクス内の対応する位置にある信号を生成する。例えば、光信号マトリクスの第１行目の光信号Ｅ１は、２次元マトリクスの第１行目第１列の要素ａ１．１ｚと相互作用し、フィードバック信号マトリックス中の対応する位置にある信号ａ１．１Ｅ１を生成する。
【0101】
以下では、第２の信号処理モジュールがフィードバック信号グループｆＡを出力する例を使用し、信号処理モジュールが２次元フィードバック信号マトリクスをフィードバック信号グループに変換する方法を説明する。
【0102】
図１１は、光フィードバックネットワーク３００から第２の信号処理モジュールが受信するフィードバック信号マトリクスを示す。フィードバック信号マトリクスのサイズはＮ×Ｎであり、マトリクス中の光信号は、スピン信号グループＥのスピン信号と２次元マトリクスの要素との積とみなすことができる。
【0103】
フィードバック信号マトリクスを受信した後、第２の信号処理モジュールは、フィードバック信号マトリクスの各列内の信号を結合して、１つのフィードバック信号にすることができる。Ｎ×Ｎ列のフィードバック信号マトリクスの場合、組み合わせ後にＮ個のフィードバック信号が形成されてもよい。フィードバック信号マトリクスの列の信号が結合された後、１つのフィードバック信号が生成される、すなわち、フィードバック信号
【0104】
【数1】
【0105】
【数2】
【0106】
【数3】
【0107】
【数4】
【0108】
次に、第２の信号処理モジュールは、Ｎ個のフィードバック信号の各々に対して整形およびコリメーションを実行して、フィードバック信号グループｆＡ内のフィードバック信号が並列に送信され、クロストークが発生しないようにすることができる。信号の整形およびコリメーションは、マイクロミラーアレイによって実施されてもよく、または別の光学コンポーネントによって実施されてもよい。これは、本出願のこの実施態様において限定されない。
【0109】
以下に、図面を参照して説明する。図１２Ａは、ＸＹ平面上の第２の信号処理モジュールによるフィードバック信号マトリクスの処理のフローチャートである。フィードバック信号マトリクスのフィードバック信号のＮ列は、円筒形ミラーを通過した後にＮ個のフィードバック信号を形成し、Ｎ個のフィードバック信号は、マイクロミラーアレイを通過した後にコリメートされ、Ｎ個の並列フィードバック信号を形成する。
【0110】
図１２Ｂは、ＹＸ平面上の第２の信号処理モジュールによる、フィードバック信号マトリクス内の信号列の処理のフローチャートである。フィードバック信号の列は、円筒形ミラーを通過した後に結合され、フィードバック信号を形成し、次いで、フィードバック信号は、マイクロミラーアレイを通過した後にコリメートされる。
【0111】
フィードバック信号のコリメーションおよび組み合わせをより良好に実現するために、第２のスピンアレイ２００は、円筒形ミラーおよび第２の信号処理モジュール内のマイクロミラーアレイの焦点面上に配置されてもよい。
【0112】
第２の信号処理モジュールは、Ｎ個のフィードバック信号を形成し、第２のスピンアレイ２００の各光パラメトリックオシレータにＮ個のフィードバック信号を別々に送信し、各光パラメトリックオシレータは、１つのフィードバック信号を受信する。
【0113】
第２のスピンアレイ２００の各光パラメトリックオシレータによって受信されたフィードバック信号は、第１のスピンアレイ１００の対応する光パラメトリックオシレータによって出力されたスピン信号が光フィードバックネットワーク３００によって処理された後に生成される。例えば、第１のスピンアレイ１００の光パラメトリックオシレータによって出力されるスピン信号は、Ｅ１であり、第２のスピンアレイ２００の対応する光パラメトリックオシレータによって光フィードバックネットワーク３００から受信されるフィードバック信号は、
【0114】
【数5】
【0115】
【数6】
【0116】
図１３は、本発明の一実施形態に係る他の光計算装置の構成の概略図である。例えば、図１３は、第１のスピンアレイ１００および第２のスピンアレイ２００がそれぞれ４つの光パラメトリックオシレータを含む光フィードバックネットワーク３００の構成の概略図である。光フィードバックネットワーク３００は、複数のカスケード接続されたＭａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計ユニット（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｕｎｉｔｓ、ＭＺＩＵ）を含む。各ＭＺＩＵは、２つの光信号チャネルを受信することができ、各ＭＺＩＵは、複数のＭａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ、ＭＺＩ）と、間隔を置いて配置される光スイッチとを含む。
【0117】
Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計のサイズは小さいため、光計算装置は構成がよりコンパクトであり、チップ上に実装して、システムの安定性を確保することができる。
【0118】
本出願のこの実施形態では、ＭＺＩは、光信号の２つの入力チャネル間の相互干渉を実現するように構成され、対応する出力信号は、ＭＺＩの位相パラメータを使用することによってＭＺＩによって制御される。各ＭＺＩＵの光スイッチは、異なる方向からの光信号の伝送経路（すなわち、第１のスピンアレイ１００から第２のスピンアレイ２００へ、および第２のスピンアレイ２００から第１のスピンアレイ１００への伝送方向を有する光信号）を調整することができる。
【0119】
ＭＺＩＵに含まれるＭＺＩの位相パラメータは異なる可能性がある。ＭＺＩＵの異なる位相パラメータを持つＭＺＩと光スイッチの位置を制御し、異なる方向からの光信号が同じ数のＭＺＩを通過し、異なる位相パラメータを持つＭＺＩを同じシーケンスで通過するようにする。例えば、ＭＺＩは光信号の伝送方向において左右対称にＭＺＩＵに配置され、左右対称位置における２つのＭＺＩの位相パラメータは同じである。
【0120】
以下、本願の一実施形態に係るＭＺＩＵの構成を説明する。図１４に示すように、ＭＺＩＵは、３つのＭＺＩ（それぞれＭＺＩ－１、ＭＺＩ－２、ＭＺＩ－３）と４つの光スイッチ（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈｅｓ）を備えている。図１４では、光スイッチをＳＷとし、ＭＺＩの左右の位相パラメータが同じである。ＭＺＩ－１およびＭＺＩ－３の位相パラメータはφｉであり、ＭＺＩ－２の位相パラメータはθｉある。
【0121】
光スイッチを制御することによって、第１のスピンアレイ１００から受信される光信号および第２のスピンアレイ２００から受信される光信号は、異なる伝送経路を有するが、同じ数のＭＺＩを通過し、同じシーケンスで異なる位相パラメータを有するＭＺＩを通過することができる。
【0122】
例えば、図１５Ａは、第１のスピンアレイ１００から第２のスピンアレイ２００への伝送方向を有する光信号のＭＺＩＵにおける伝送経路を示す。光信号は、位相パラメータθｉを有するＭＺＩ－２と位相パラメータφｉを有するＭＺＩ－３を通過する。
【0123】
図１５Ｂは、第２のスピンアレイ２００から第１のスピンアレイ１００への伝送方向を有する光信号のＭＺＩＵにおける伝送経路を示す。光信号は位相パラメータθｉを持つＭＺＩ－２と位相パラメータφｉを持つＭＺＩ－１を通過する。
【0124】
光フィードバックネットワーク３００に含まれる複数のＭＺＩＵをカスケード接続する方法は、本出願のこの実施形態に限定されないが、構成ＵＤＵｔが複数のＭＺＩＵによって形成され得ること（ここで、Ｕはユニタリーマトリクス（Ｕｎｉｔａｒｙ Ｍａｔｒｉｘ）、ＵｔはＵの転置マトリクス（ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ ｍａｔｒｉｘ）、Ｄは対角マトリクス（ｄｉａｇｏｎａｌ ｍａｔｒｉｘ）である）を条件である。
【0125】
光フィードバックネットワーク３００内の第１のデータは、カスケード接続された複数のＭＺＩＵのＭＺＩの位相パラメータである。
【0126】
図１６に示すように、本出願のこの実施形態で提供される光計算装置は、検出器アレイ４００をさらに含む。検出器アレイ４００は、任意のスピンアレイに接続され、スピンアレイによって出力されるスピンアレイグループを検出し、スピン信号グループに含まれる各スピン信号の位相を決定することができる。スピンアレイによって受信された光パルスの光パワーが特定の値に達すると、各スピン信号の位相は、０またはπに確率的に崩壊し得る。各スピン信号の位相が０またはπに崩壊する場合、現在出力されているスピン信号グループは第１のデータに対応すると考えられ、最終的な計算結果は、スピン信号グループに基づいて決定され得る。
【0127】
図１６において、例えば、検出器アレイ４００は、第１のスピンアレイ１００に接続される。検出器アレイ４００は、Ｎ個の検出器を含んでもよく、各検出器は、第１のスピンアレイ１００の１つの光パラメトリックオシレータに接続され、検出器は、異なる光パラメトリックオシレータに接続される。検出器は、接続された光パラメトリックオシレータによって生成されたスピン信号の位相を検出することができる。検出器アレイ４００が、第１のスピンアレイ１００によって出力された各スピン信号の位相が０またはπに崩壊することを検出すると、最終的な計算結果は、スピン信号グループに基づいて決定される。
【0128】
ソリューションの説明をより明確にするために、以下、前述の実施形態を参照して、図１６に示す光計算装置および図１７に示す演算方法を例として、本発明の実施形態で提供される光計算装置の動作手順を簡単に説明する。図１６は、本発明の一実施形態による別の光計算装置を示す。なお、以下の作業手順の説明は、上述のすべての光計算装置にも適用可能である。
【0129】
図１６および図１７に示すように、作業手順において、第１のスピンアレイ１００は、Ｎ個の信号を含む第１の信号グループ（例えば、本出願の実施形態における光パルスグループＡ）を受信し、第１の信号グループに基づいて、Ｎ個のスピン信号を含む第１のスピン信号グループ（例えば、本出願の実施形態におけるスピン信号グループＥ）を生成することができる。ここで、Ｎは２より大きい正の整数である。光フィードバックネットワーク３００は、第１のスピン信号グループを受信し、第１のスピン信号グループおよび指定された第１のデータに基づいて、Ｎ個のフィードバック信号を含む第１のフィードバック信号グループ（例えば、本出願の実施形態におけるフィードバック信号グループｆＡ）を生成してもよい。言うまでもなく、本明細書に記載される第１のスピンアレイ１００から光フィードバックネットワーク３００への信号伝送手順は、前述の実施形態の手順１と同様である。光フィードバックネットワーク３００が第１のフィードバック信号グループを生成した後、第２のスピンアレイ２００は、第１のフィードバック信号グループ（例えば、本出願の実施形態におけるフィードバック信号グループｆＡ）および第１の信号グループ（例えば、本出願の実施形態における光パルスグループＡｉｎ）を受信してもよい。さらに、第２のスピンアレイ２００は、第１のフィードバック信号グループおよび第１の信号グループに基づいて、Ｎ個のスピン信号を含む第２のスピン信号グループ（例えば、本出願の実施形態におけるスピン信号グループＦ）を生成してもよい。光フィードバックネットワーク３００は、第２のスピン信号グループを受信し、第２のスピン信号グループおよび第１のデータに基づいて、Ｎ個のフィードバック信号を含む第２のフィードバック信号グループ（例えば、本出願の実施形態におけるフィードバック信号グループｆＢ）を生成する。第２のスピンアレイ２００から光フィードバックネットワーク３００への信号伝送手順は、前述の実施形態の手順２と同様である。
【0130】
言うまでもなく、実際の応用において、手順１および手順２は、さらに複数回実施されてもよい。例えば、第１のスピンアレイ１００は、第２のフィードバック信号グループおよびＮ個の信号を含む第２の信号グループ（例えば、本出願の実施形態では、光パルスグループＡ’）をさらに受け取り、第２のフィードバック信号グループおよび第２の信号グループに基づいて、Ｎ個のスピン信号を含む第３のスピン信号グループ（例えば、本出願の実施形態では、スピン信号グループＰ）を生成することができる。次に、光フィードバックネットワーク３００は、第３のスピン信号グループを受信し、受信した第３のスピン信号グループに基づいて新しいフィードバック信号グループを生成し、新たに生成されたフィードバック信号グループを第２のスピンアレイ２００に送信する。次いで、第２のスピンアレイ２００は、受信されたフィードバック信号および第２の信号グループに基づいて、スピン信号グループを生成し、スピン信号グループを光フィードバックネットワーク３００に送信する。光フィードバックネットワーク３００は、スピン信号グループを受信し、第２のスピンアレイから受信したスピン信号に基づいて再びフィードバック信号グループを生成し、フィードバック信号グループを第１のスピンアレイ１００にフィードバックする。このプロセスは、検出器アレイ４００が、第１のスピンアレイ１００によって出力された各スピン信号の位相が０またはπに崩壊することを検出するまで繰り返される。
【0131】
本発明の実施形態に係る光計算装置によれば、光パルスグループ内の第１のスピンアレイと第２のスピンアレイがＮ個の光パルスを処理する手順は並列なので、光パルスの数が増加しても光計算装置の動作時間が増加せず、光計算装置の計算効率を効果的に向上させることができる。さらに、本発明の実施形態で提供される光計算装置の構成は単純であり、相互作用は、２つのスピンアレイの結合及び相互注入によって実現されるので、光Ｉｓｉｎｇマシンのアーキテクチャは大幅に簡略化され、全光Ｉｓｉｎｇマシンのチップへの集積化が可能である。さらに、光フィードバックネットワークは全光フィードバックネットワークであるため、光から電気への変換は不要であり、スピンコンフィギュレーションの並列探索が実施される。これは、計算時間を大幅に短縮し、システムの安定性を改善し、光計算装置の計算効率を改善する。また、計算手順では、光電検出のための注入信号を必要とせず、信号伝送時間を短縮する。
【0132】
言うまでもなく、実際の応用において、本発明の実施形態における第１のスピンアレイおよび第２のスピンアレイは、光パルスを発生することができるスピンアレイに限定されず、代替的に、別の方法でマッピングされた２つのスピンアレイ、例えば、レーザによって形成されたレーザアレイ、およびポーラロンによって形成されたポーラロンアレイであってもよい。
【0133】
さらに、本発明の実施形態で提供される光計算装置は、単純な構成を有し、チップ上に実装することができる。さらに、計算手順全体は、光信号で実行され、信号伝送速度は高く、計算速度も大幅に改善される。従って、本発明の実施形態において提供される光計算装置は、ニューラルネットワークシステムにおいて使用することができ、例えば、ニューラルネットワークシステムにおいてフィードバック制御を実施するように構成することができる。
【0134】
本出願において提供される実施態様は、単に例示にすぎないことに留意されたい。当業者は、説明の便宜上及び簡潔さのために、前述の実施形態において、実施形態が異なる態様を強調し、一実施形態において詳細に説明されていない部分については、別の実施形態における関連する説明を参照することを明らかに知ることができる。本発明の実施形態、特許請求の範囲、および添付の図面に開示されている特徴は、独立して存在してもよく、または組み合わせて存在してもよい。本発明の実施形態におけるハードウェア形態で説明される特徴は、ソフトウェアによって実行されてもよく、その逆も可能である。これは、本明細書に限定されない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17】
【手続補正書】
【提出日】2022-07-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】
【国際調査報告】