空时复用的任意可编程空间光子伊辛机系统
知识产权简介
本发明提供了一种空时复用的任意可编程空间光子伊辛机系统。该系统通过空分复用在不同空间通道并行处理相互作用矩阵分解得到的多个秩为1的伊辛模型子问题；通过时分复用，在空分复用的基础上，利用光纤延迟线阵列对不同空间通道的光信号进行空时转换，使得各通道信号在时间轴上分离。在光纤延迟线阵列的输出端，通过合束器将空间分离的光信号合束为时间序列脉冲，利用单点光电探测器即可按序采集所有通道的光强信息。
转化前景
随着大数据和人工智能的发展，现实生活中的许多组合优化问题（如交通规划、蛋白质折叠、集成电路布线及密码破解等）均被建模为伊辛模型进行求解。这些NP-hard问题对算力提出了极高要求，传统冯·诺依曼架构的电子计算机在算力增长上遭遇瓶颈。空间光子伊辛机作为一种专用的光学求解器，利用光的并行性和低延迟特性，为解决此类问题提供了新途径。 早期的空间光子伊辛机基于光学傅里叶变换原理，其物理实现的哈密顿量形式受限于输入光场的外积运算，导致其只能求解相互作用矩阵秩为1的特定伊辛模型（即Mattis模型），无法处理实际应用中普遍存在的任意相互作用矩阵，系统可编程性受限。 为了实现任意可编程性，现有技术提出了矩阵分解结合空分复用的策略。该策略将目标伊辛模型的相互作用矩阵分解为多个秩为1的子矩阵，并在空间上开辟多个并行计算通道，分别处理这些子问题，最后将结果叠加。虽然这种方法在理论上实现了任意矩阵的求解，但在硬件实现上面临严峻挑战：为了同时采集这些空间并行通道的光强信号，现有技术不得不依赖昂贵的面阵探测器或单点探测器阵列。 然而，这种依赖阵列探测器的方案带来了新的瓶颈：可求解伊辛模型相互作用矩阵的秩（即问题的复杂度）直接受限于探测器阵列中探测单元的数量，或者受限于面阵探测器的有限探测面积。当需要求解高秩矩阵时，受限于探测器硬件的物理规模，系统难以进行灵活扩展。 因此，亟需一种新的系统架构，既能保持空间光子伊辛机的任意可编程性，又能突破探测器阵列对系统规模的限制，降低硬件成本与复杂度。