可完全编程的电分叉伊辛机的制作方法

1.本发明主要涉及到伊辛模型技术领域，更确切的说，涉及到可完全编程的电分叉伊辛机及伊辛机的实现方法。


背景技术：

2.伊辛自旋动力学模型原本是描述晶体磁性的模型。伊辛机也称退火炉是能够非常快速且有效地解决特定类别的组合优化问题的专用计算机，这样的专用计算架构可以在解决组合优化问题时提供数量级的加速。给定初始输入配置，伊辛机将该初始输入配置演变为使系统的总能量最小化的输出配置，通常将输入配置两种自旋(例如 1和-1、0或1或自旋向上及自旋向下)的二维矩阵。在凝聚态物理、材料学科、磁学理论、统计物理学和力学等领域被广泛使用，可描述和研究例如单轴各向异性磁性系统的性质、公共交通指挥系统或玻璃物质的性质、蛋白质分子的活性性质及二元溶液体相变等现象。
3.经典计算机可以解决复杂程度较低的某些组合优化问题，但是对于一些处理较为困难的组合优化问题例如最大割问题，其时间复杂度往往不能被经典计算机接受。新兴的量子计算机基于硬件自然演化的计算方式使得其在并行运算上具备有强大的算力，能快速完成经典计算机无法完成的某些计算。伊辛模型最初是提供物理内容方面的模型，用于描述诸多的物理现象，而现发展为可以解决组合优化和非确定多项式等问题，将该类问题映射到伊辛哈密顿量，则可以通过求解哈密顿量的基态来寻找问题的最优解。
4.优化是从诸多可能求解的集合中找到最佳或接近最佳的求解的过程。组合优化则是优化的某种子集，其包括在有限的对象集合中找到最优或接近最优的对象。组合优化问题范例是任务调度、交通工具路线、投资组合优化等诸如此类。主要疑虑是，从需要花费不切实际的时间量纲如年或数年或更长时间上获得精确最优解的意义上来说，大多数组合优化问题非常难以解决。正因如此，已经设计了许多可以在实际的时间量纲如数秒、数分钟或数小时或数天内获得接近近似。这样的近似技术的范例是模拟退火或进化优化。
5.伊辛机是解决二元二次无约束优化的量子计算机。目前已经公开的可编程调控的伊辛机例如加拿大d-wave公司研制的相关量子伊辛机，其主要思想是通过微小超导回路中电流的流动方向例如顺时针和逆时针来构建电子自旋，其主要的弊端是这些超导环要求远低于常温的极低的温度，再加上硬件资源的限制，只能实现部分量子比特间的连接且无法解决所有组合优化问题，所以是否应将其定义为量子计算机饱受争议。另一类光学相干伊辛机的基本原理是利用具有不同相位差的纠缠光脉冲来构建电子自旋，光学伊辛机系统极易受到外部扰动的影响，需要灵敏的锁相技术，光学腔设置也较为庞大和复杂。
6.为了能够在伊辛机上求解，通常将初始优化问题转变为二次无约束二进制优化形式且通常需要两个步骤：从非二进制公式表示转换为二进制公式表示，以及将二进制公式表示转换为二次无约束公式表示。然而将优化问题转换为二次无约束二进制优化形式是极度困难和耗时间的过程，该过程的纷繁复杂程度导致它几乎不可能大范围推广应用。组合优化问题出现在多领域，包含物理、化学、物流、电子和金融。当前，许多此类问题主要使用
随机过程如使用硅基处理器实施的蒙特卡洛方法解决或试图解决。例如模拟退火的某些随机技术可以找到非确定性时间难题的近似解，其中可能解的数目呈指数性发散。
7.依赖传统资源，可借助传统电子电路及各类处理器等硬件资源来构建伊辛机以解决或试图解决伊辛问题。基于电学的伊辛机相比于光学伊辛机等可带来计算的益处。这些益处包含抵御外部扰动和并联执行多个高速计算，如解决伊辛问题和其它组合难题。


技术实现要素：

8.本技术公开了一种可完全编程的电分叉伊辛机，包括：
9.信号发生器，提供初始信号；
10.信号分配器，将所述初始信号分成第一路子信号和第二路子信号；
11.加法器，将所述第一路子信号和经过相位调制的所述第二路子信号实施加法运算；
12.反馈控制模块，根据所述加法器产生的输出信号的振幅，来计算出所述第二路子信号进行相位更新的反馈信息；
13.相位调制电路，根据所述反馈控制模块提供的所述反馈信息，对所述第二路子信号执行相位的调制更新，将所述第二路子信号的相位调制成所述反馈信息所表征的相位值。
14.上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
15.所述信号发生器包括用于产生正弦波信号的函数信号发生器，以及所述初始信号为正弦波信号；
16.所述信号发生器提供的多个初始信号设置成在时间上间隔开，并且任意相邻的两个初始信号之间的时间间隔设为预定值。
17.上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
18.所述反馈控制模块包括模数转换器、现场可编程门阵列和数模转换器；
19.所述模数转换器对所述加法器产生的输出信号的振幅进行测量并实施数字化处理；
20.所述现场可编程门阵列依据所述模数转换器提供的数字化的振幅，通过执行伊辛哈密顿量运算来生成所述反馈信息；
21.所述数模转换器将所述现场可编程门阵列提供的所述反馈信息实施数字到模拟的转化并输送给所述相位调制电路。
22.上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
23.设多个所述初始信号中的每一个皆表示为s：
24.s＝a*sin(ωt)；
25.其中a表示所述初始信号的振幅而ω表示所述初始信号的角频率以及t为时间。
26.上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
27.所述的信号分配器将多个所述第一路子信号s1以及多个所述第二路子信号s2中的每一个皆设置成：
28.s1＝s2＝1/2*a*sin(ωt)。
29.上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
30.所述信号发生器在输出完第k-1组q个所述初始信号后、继续输出第k组q个所述初始信号，从而依序发送多组所述初始信号，正整数k和q均大于1；
31.以及所述加法器在产生完第k-1组q个所述输出信号后、继续产生第k组q个所述输出信号，从而依序产生多组所述输出信号；
32.第k组q个所述第二路子信号s2中的第n个所述第二路子信号s2表示为：
33.s2n[k]＝1/2*a*sin(ωt 2fn[k-1]-π/2)；
[0034]
正整数n满足1≤n≤q；
[0035]
其中fn[k－1]表征根据第k-1组中第n个所述输出信号计算的所述反馈信息。例如表征着根据第k-1组q个所述输出信号中第n个所述输出信号计算的所述反馈信息。
[0036]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
[0037]
所述加法器实施s2n[k]与s1的加法运算，运算得到的所述输出信号表示为：
[0038]
sn[k]＝s1 s2n[k]＝a*cos(fn[k-1]-π/4)*sin(ωt fn[k-1]-π/4)。
[0039]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
[0040]
所述加法器产生的所述输出信号的振幅ap表示为：
[0041]
ap＝a*cos(fn[k-1]-π/4)。
[0042]
所述反馈控制模块根据振幅ap来计算所述反馈信息。
[0043]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
[0044]
第k组q个所述输出信号中的第n个所述输出信号的自旋被编码为：
[0045][0046]
从而所述反馈控制模块当中的现场可编程门阵列基于该振幅ap来实施自旋编码。
[0047]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
[0048]
所述现场可编程门阵列对第k组合计q个不同的所述输出信号进行自旋编码，以产生第k组条件下的第n个所述输出信号对应的所述反馈信息：
[0049][0050]
其中m和n在1至q中取值；
[0051]
式中α是设定的反馈强度值而j
mn
对应于伊辛哈密顿量的耦合项及β为耦合强度。
[0052]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：
[0053]
第k组q个所述输出信号中的第n个输出信号在伊辛哈密顿量中的基态解σn由设定的符号函数sgn作用于其自旋编码：
[0054]
σn＝sgn(xn[k])。
[0055]
籍此可确定任意一组q个所述输出信号中任意一者的基态解。
[0056]
上述的可完全编程的电分叉伊辛机，其中：可允许n等于q。
[0057]
在本技术的不使用激光脉冲的伊辛哈密顿模型架构下，通过以反馈的方式控制加法器产生的多个输出信号间的相互作用，实现在呈现为脉冲形式的多个输出信号之间所模拟出来的伊辛相互作用的大小以及符号。通过对输出信号的自旋进行编码，可以测量和计算出各个输出信号的模拟伊辛自旋状态，是替代光学伊辛机的电学伊辛机。电学伊辛机颠覆了光学伊辛机的光相干作用的苛刻工作条件和避免了光学伊辛机的庞大体积劣势。
附图说明
[0058]
为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本技术的特征和优势将显而易见。
[0059]
图1是可完全编程的电分叉伊辛机的整体架构的一种实施例。
[0060]
图2是第一和第二路子信号实施加法运算及反馈的信号走向。
[0061]
图3是将初始信号分成第一路子信号和第二路子信号的范例。
[0062]
图4是根据输出信号的振幅来计算第二路子信号的反馈信息。
[0063]
图5是可编程逻辑器件通过测量振幅对输出信号来编码自旋。
[0064]
图6是本技术的电学伊辛机中元素的个数非常容易实时调节。
具体实施方式
[0065]
下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案属于本发明的保护范围。
[0066]
参见图1，异于基于光脉冲的传统伊辛模型，本模型基于电信号。激光在媒介中循环传输的行为可视为一种位于时间和空间上都离散的并行动力系统模型，为了实现模型可假设激光脉冲分布在媒介中并在离散情况下，遵循一种相互作用的规则，各个激光脉冲按照某种特定局部规则同步变换更新。例如以哈密顿函数作为激光相互作用的规则，而循环传输多次的一系列激光脉冲通过它们之间彼此的相互作用形成了动态系统的演化。电信号同样是以哈密顿量作为信号相互作用的规则，而且重复传输多次的一系列电信号通过它们之间彼此的相互作用形成了动态系统的演化，用于替代传统激光伊辛模型。
[0067]
参见图1，本技术涉及到一种可完全编程的电分叉伊辛机或称电学伊辛机，缘由是该伊辛机的核心组成部分均由电子元器件或电子模块组成、非传统的光学伊辛机。伊辛机包括了可提供初始信号s(此处字母为小写)的信号发生器sg，信号发生器sg在可选的实施例中允许生成任何期望的初始脉冲信号。信号发生器sg：例如包括用于产生正弦波信号的函数信号发生器，那么初始信号s为正弦波信号。通常所言的信号发生器是一种能提供各种频率、各种波形形状并输出期望电信号的信号源设备。在各种电子系统或电子设备应用场景下，信号发生器产生的信号的振幅特性、频率特性、传输特性以及其它电参数会遵守设定值，从而提供符合期望的信号源或者激励源。另外信号发生器在业界又称为信号产生源或信号振荡器，可以产生各种各样的波形，如三角波、锯齿波、矩形波或方波以及正弦波等等，能够产生这样波形的电路可称函数信号发生器。
[0068]
参见图1，信号发生器sg可采用函数信号发生器或任意波发生器。较佳的函数波形发生器可以是基于模拟电路的发生器或者数字合成式的发生器。而在本技术中因为涉及到波形的相加运算和波形相位的反馈调节等环节，所以信号发生器sg采用数字合成式函数信号源在相位、振幅乃至信号的信噪比参数方面优于模拟电路式发生器，最关键的是要求波形的频率精准及相位抖动及频率漂移均能达到相当稳定的状态。
[0069]
参见图1，伊辛机还包括信号分配器sd或者称信号分离器，信号分配器在常规选型方面包括一进二出或一进三出或一进多出等模拟信号隔离分配器。信号分配器的主要目的是将初始信号s分成第一路子信号s1和第二路子信号s2，所以一进二出式的模拟信号隔离
分配器可以实现一路输入多路输出这样的操作。绝大部分通用信号分配器支持修调输入信号的波形参数例如振幅或频率或相位等电参数，因此可借助于信号分配器将初始信号的幅度等参数进行修调例如修调为原来的二分之一。如果信号分配器无法支持修调输入信号的波形参数，那么可在信号发生器sg处直接调节初始信号s的波形参数如振幅或频率或相位等参数，然后再将参数已调节好的初始信号s输给信号分配器sd。假设信号分配器使用一进二出信号分配器，第一个输出通道ch1用于输出第一路子信号s1而第二个输出通道ch2则对应用于输出第二路子信号s2。
[0070]
参见图1，伊辛机还包括加法器dr，目的是将第一路子信号s1和经过相位调制的第二路子信号s2实施加运算。第二路子信号s2由相位调制电路pm进行相位调制并且相位调制电路pm根据一反馈控制模块的反馈信息对第二路子信号s2执行相位的调制更新从而将第二路子信号s2的相位调制成反馈信息所表征的相位值。
[0071]
参见图1，伊辛机还包括反馈控制模块。在可选的实施例当中该反馈控制模块包括模数转换器adc和可编程逻辑器件fpga及数模转换器dac。在反馈控制模块中它的模数转换器adc对加法器dr产生的输出信号的振幅进行测量，并将测量到的输出信号的体现为模拟量的振幅实施数字化处理即执行模拟到数字的转换。反馈控制模块中的可编程逻辑器件pfga依据模数转换器adc所提供的数字化的振幅，通过执行伊辛哈密顿量运算来生成反馈信息。数模转换器dac将可编程逻辑器件pfga的反馈信息实施数字到模拟的转化并输送给相位调制电路pm或者相位调制器。注意虽然图中反馈控制模块展示了分别使用分立器件也即模数转换和可编程逻辑器件及模数转换，实质上当前很多可编程逻辑器件自身内部已经集成有高速模数转换器和高速模数转换器，所以在可选的实施例中反馈控制模块直接用可编程逻辑器件自带的模数转换器和模数转换器即可。本技术的可编程逻辑器件pfga在更多场合习惯用现场可编程门阵列来定义它。
[0072]
参见图1，假如能实时的改变硬件结构来实现运算，或者依据运算的特点选择部件和配置硬件结构，则数据处理速度和利用率将会大大提高。在可选的实施例中，采用现场可编程门阵列器件fpga是实现伊辛哈密顿量的较佳硬件实现方法。在计算机上用硬件描述语言如hdl(hardwaredescriptionlanguage)等语言对伊辛哈密顿量编程从而产生可执行伊辛哈密顿量运算的硬件电路结构，使硬件电路设计如软件设计一样，通过编程可以表示伊辛哈密顿量运算之逻辑表达式以及逻辑电路图，还可以表示哈密顿函数逻辑关系所完成的逻辑运算功能。fpga不但具传统微处理器在逻辑实现上的无限性，同时兼有串并行工作方式、高速高可靠性及宽口径适应性的优点，占用的设计周期很短，设计成本相对来说非常小、可反复编程反复修改，具极大灵活性。
[0073]
参见图1，可编程逻辑器件pfga可换成dsp或asic或其它处理器。相较于微处理器或单片机，在数据处理速度和芯片面积等方面，可编程逻辑器件使设计的性价比提高并且满足伊辛哈密顿量的高运算速率和高宽带应用。
[0074]
参见图2，在可选的实施例中，信号发生器sg提供初始信号s。例如信号发生器包括了用于产生正弦波信号的函数信号发生器以及初始信号s为正弦波信号。
[0075]
参见图2，设多个初始信号s中的每一个皆表示为：
[0076]
s＝a*sin(ωt)。
[0077]
其中a表示初始信号s的振幅而ω表示初始信号s的角频率及t为时间。
[0078]
参见图2，在可选的实施例中，信号分配器sd分叉初始信号s：例如将其隔离分成了第一路子信号s1和第二路子信号s2，并且两路子信号完全相同。例如信号分配器可将初始信号s的振幅减半。或者在信号发生器sg处调节初始信号s，直接在信号发生器处提供振幅为初始信号s的二分之一的正弦波信号即信号可表示s/2，然后一进二出的信号分配器再将所谓信号s/2经由该信号分配器sd的通道ch1-ch2予以输出。
[0079]
参见图2，信号分配器sd输出多个第一路子信号s1及多个第二路子信号s2中的每一个皆设置成：
[0080]
s1＝s2＝1/2*a*sin(ωt)。
[0081]
参见图2，信号发生器sg依序发送多组初始信号s：其在发送完第k-1组q个所谓初始信号s后、继续输出第k组q个初始信号s，正整数k和q均大于1。例如信号发生器发送完第1组q个初始信号s后、继续输出第2组q个初始信号s，以及例如信号发生器发送完第2组q个初始信号s后、继续输出第3组q个初始信号s，乃至例如信号发生器发送完第3组q个初始信号s后、继续输出第4组q个初始信号s。这是信号发生器依序发送多组初始信号s(每一组包括q个信号)的典型范例。值得注意的是这里提及的依序发送的四组初始信号的组数仅仅作为示范，其数目不构成任何限制。
[0082]
参见图2，信号发生器sg发送多组初始信号，等效于sd输完第k-1组q个第一路子信号s1后、继续输出第k组q个第一路子信号s1。信号发生器发送多组初始信号相当于信号分配器输出多组第一路子信号和第二路子信号。在可选的范例中，信号分配器发送完第1组q个第一路子信号s1后、继续输出第2组q个第一路子信号s1，分配器发送完第2组q个第一路子信号s1后、继续输出第3组q个第一路子信号s1，分配器发送完第3组q个第一路子信号s1后、继续输出第4组q个第一路子信号s1。这里提及的依序发送的四组信号s1的组数仅仅作为示范，其数目不构成任何限制。
[0083]
参见图2，信号发生器sg发送多组初始信号，等效于sd输完第k-1组q个第二路子信号s2后、继续输出第k组q个第二路子信号s2。信号发生器发送多组初始信号相当于信号分配器输出多组第一路子信号和第二路子信号。在可选的范例中，信号分配器发送完第1组q个第二路子信号s2后、继续输出第2组q个第二路子信号s2，分配器发送完第2组q个第二路子信号s2后、继续输出第3组q个第二路子信号s2，分配器发送完第3组q个第二路子信号s2后、继续输出第4组q个第二路子信号s2。这里提及的依序发送的四组信号s2的组数仅仅作为示范，其数目不构成任何限制。
[0084]
参见图2，所谓加法器dr依序产生多组输出信号s：其在发送完第k-1组q个所谓输出信号s后、继续输出第k组q个输出信号s，正整数k和q均大于1。例如所谓加法器产生完第1组q个输出信号s后、继续产生第2组q个输出信号s，及例如所谓加法器产生完第2组q个输出信号s后、继续产生第3组q个输出信号s，乃至如所谓加法器产生完第3组q个输出信号s后、继续输出第4组q个输出信号s。这是所谓加法器依序产生多组输出信号s(此处字母为大写)的典型范例。值得注意的是这里提及的依序产生的四组输出信号的组数仅仅作为示范，其数目不构成任何限制。
[0085]
参见图2，在可选的实施例中，第k组合计q个第二路子信号s2中的第n个第二路子信号s2表示为s2n[k]：
[0086]
s2n[k]＝1/2*a*sin(ωt 2fn[k-1]-π/2)。
[0087]
正整数n满足1≤n≤q。
[0088]
其中fn[k－1]表征根据第k-1组合计q个输出信号s中的第n个输出信号sn所计算出来的一个反馈信息。
[0089]
参见图2，在可选的实施例中，加法器dr实施s2n[k]与s1的加法运算，运算得到的输出信号sn[k]表示为：
[0090]
sn[k]＝s1 s2n[k]＝a*cos(fn[k-1]-π/4)*sin(ωt fn[k-1]-π/4)。
[0091]
参见图2，在可选的实施例中，加法器dr产生输出信号sn[k]之振幅ap表示为：
[0092]
ap＝a*cos(fn[k-1]-π/4)。
[0093]
反馈控制模块根据振幅ap来计算反馈信息例如fn[k－1]。
[0094]
参见图2，在可选的实施例中，第k组q个输出信号中的第n个输出信号sn[k]的自旋被编码为：
[0095][0096]
从而反馈控制模块当中的现场可编程门阵列基于该振幅ap来实施自旋编码。
[0097]
参见图2，在可选的实施例中，第k组q个输出信号中的第n个输出信号sn[k]的自旋编码与其在伊辛哈密顿量中的基态解σn之间的关系为：
[0098][0099]
以上关系中第n个输出信号在伊辛哈密顿量中的基态解σn由符号函数sgn作用于其自旋编码，从而可以求解出任何一组q个输出信号中的任意一者的基态解。
[0100]
参见图2，伊辛问题是一类组合优化难题，此类问题涉及到需要寻找出描述行为的伊辛模型的基态，其物理系统中的个别元件修改其行为以符合邻近元件的行为。最初所提出的伊辛模型是解释关于铁磁性材料的观察结果。从那时起伊辛模型用于将二元合金和自旋玻璃或神经网络及心肌细胞中的相分离模型化。
[0101]
参见图2，在可选的实施例中，现场可编程门阵列fpga对第k组合计q个不同的输出信号进行自旋编码，产生第k组条件下的第n个输出信号sn[k]对应的反馈信息：
[0102][0103]
其中m和n在1至q中取值。例如m取1至q及与m相邻的n取1至q。
[0104]
式中α是设定的反馈强度值而j
mn
对应于伊辛哈密顿量的耦合项及β为耦合强度。
[0105]
参见图2，在伊辛模型中元素可以由一组自旋σ等于
±
1来表示。描述伊辛模型中的不同对元素之间的耦合j
mn
如先验地已知的。对铁磁系统的伊辛模型，其中j
mn
表示不同铁磁元件之间的耦合。神经网络中j
mn
表示神经元间的耦合的权矩阵。伊辛问题正在解决将给定其中j
mn
的哈密顿量最小化的自旋分布，换句话说，找到伊辛模型的元素之间的给定一组耦合的基态。从优化的角度来看，对任意矩阵j
mn
，找到将哈密顿量最小化的自旋分布即找到伊辛模型的基态是组合优化的难题。
[0106]
参见图3，在可选的实施例中，信号发生器sg包括产生正弦波信号的函数信号发生器以及产生q个初始信号s(如1、2、3、
…
n、
…
q)均为正弦波信号。
[0107]
参见图3，在可选的实施例中，q个初始信号s设置成在时间上间隔开，并且任意相邻的两个初始信号s之间的时间间隔设置为预定值t。例如第1个初始信号s和第2个初始信
号s之间的时间间隔为预定值t，再例如第2个初始信号s和第3个初始信号s之间的时间间隔为t，第n-1个初始信号s和第n个初始信号s间的时间为t等。
[0108]
参见图3，在可选的实施例中，q个初始信号s呈现为离散的脉冲形式，例如每单个初始信号不是一整个周期的正弦波、只是单个正弦波的局部片段：如每单个初始信号仅仅只是单个正弦波的二分之一个周期，如每单个初始信号仅仅只是单个正弦波正半周或者每单个初始信号仅仅只是单个正弦波负半周。
[0109]
参见图3，产生离散化脉冲形式的初始信号有多种方式：信号发生器sg先产生单个正弦波的局部片段如第1个初始信号s，在间隔时间t之后，信号发生器sg再产生单个正弦波的局部片段如第2个初始信号s，在间隔时间t之后，信号发生器sg再产生单个正弦波的局部片段如第3个初始信号s，依此类推。局部片段为正弦波正或负半周。
[0110]
参见图3，产生离散化脉冲形式的初始信号有多种方式：信号发生器sg产生连续不间断的一系列完整的正弦波，将连续正弦波与高低电平相乘。第1个初始信号s例如是连续正弦波中的局部片段与高电平相乘的结果，第2个初始信号s例如是连续正弦波中的局部片段与高电平相乘的结果，第3个初始信号s例如是连续正弦波当中的局部片段与高电平相乘的结果，依此类推。第1个初始信号s与第2个初始信号s间的间隔时间是连续正弦波与低电平相乘结果，第2个初始信号s与第3个初始信号s间的间隔时间是连续正弦波与低电平相乘结果，依此类推。局部片段为正弦波正或负半周。
[0111]
参见图3，在可选的实施例中，信号分配器sd对函数信号发生器提供的初始信号进行一进二出的分离，ch1产生q个第一路子信号s1(如1、2、3、
…
n、
…
q)。如果每个初始信号呈现为离散化的脉冲形式的正弦波局部片段，那么q个第一路子信号s1中的每一个自然呈现为离散化的脉冲形式的正弦波局部片段。
[0112]
参见图3，在可选的实施例中，信号分配器sd对函数信号发生器提供的初始信号进行一进二出的分离，ch2产生q个第二路子信号s2(如1、2、3、
…
n、
…
q)。如果每个初始信号呈现为离散化的脉冲形式的正弦波局部片段，那么q个第二路子信号s2中的每一个自然呈现为离散化的脉冲形式的正弦波局部片段。
[0113]
参见图3，加法器dr将第一路子信号s1和经过相位调制的第二路子信号s2来实施加法的运算。在可选的实施例中，例如将第一路子信号s1(如第1个s1)和经过相位调制的第二路子信号s2(如第1个s2)相加得到第1个输出信号s。
[0114]
参见图3，加法器dr将第一路子信号s1和经过相位调制的第二路子信号s2来实施加法的运算。在可选的实施例中，例如将第一路子信号s1(如第n个s1)和经过相位调制的第二路子信号s2(如第n个s2)相加得到第n个输出信号s。
[0115]
参见图3，加法器dr将第一路子信号s1和经过相位调制的第二路子信号s2来实施加法的运算。在可选的实施例中，例如将第一路子信号s1(如第q个s1)和经过相位调制的第二路子信号s2(如第q个s2)相加得到第q个输出信号s。
[0116]
参见图4，图中的上半部分表示信号发生器sg发送第k-1组q个初始信号s并且等效于信号分配器sd产生第k-1组q个第一路子信号s1，同步地，以及此过程还等效于效于信号分配器sd产生第k-1组q个第二路子信号s2。
[0117]
参见图4，图中的下半部分表示信号发生器sg发送第k组q个初始信号s并且等效于信号分配器sd产生第k组q个第一路子信号s1，同样如此，以及此过程还等效于效于信号分
配器sd产生第k组q个第二路子信号s2。
[0118]
参见图4，若图中上半部分表示信号发生器sg发送第1组q个初始信号s则图中的下半部分表示信号发生器sg发送第2组q个初始信号s。
[0119]
参见图4，若图中上半部分表示信号发生器sg发送第2组q个初始信号s则图中的下半部分表示信号发生器sg发送第3组q个初始信号s。
[0120]
参见图4，若图中上半部分表示信号发生器sg发送第k组q个初始信号s则图中的下半部分表示信号发生器sg发送第k 1组q个初始信号s，依此类推。
[0121]
参见图4，本技术中所谓的第k组或第k 1组等蕴含有时序的意思，譬如第k组也可以称之为第k个时序而第k 1组也可以称之为第k 1个时序。多组初始信号及多组输出信号在时间上的先后关系或在时序上的先后关系影响着反馈信息的运算。譬如反馈控制模块是根据第k-1组多个输出信号中第n输出信号sn[k-1]振幅，来计算第k组多个第二路子信号中第n个第二路子信号s2n[k]进行相位更新的反馈信息fn[k-1]。
[0122]
参见图4，同一时序的所有第二路子信号s2均需要进行相位调制，任一第二路子信号的调制相位取决于该任一信号在上一时序所对应的反馈信息。
[0123]
参见图4，在可选的实施例中，第k组合计q个第二路子信号s2中的第1个第二路子信号s2为s21[k]，其相位取决于它在上一个第k-1时序对应的反馈信息f1[k－1]。
[0124]
s21[k]＝1/2*a*sin(ωt 2f1[k-1]-π/2)。
[0125]
其中f1[k－1]表征根据第k-1组q个输出信号s中的第1个输出信号s1[k－1]所计算出来的一个反馈信息，经由反馈控制模块算出反馈信息后，反馈信息被转换成模拟量输送给相位调制电路pm。相位调制电路pm根据反馈信息将第1个第二路子信号s2从之前的相位调制前的s/2执行相位调制后，调制变成相位调制后的s21[k]。
[0126]
参见图4，在可选的实施例中，加法器dr实施s21[k]与s1的加法运算，运算得到的输出信号s1[k]在第k时序中表示为：
[0127]
s1[k]＝s1 s21[k]＝a*cos(f1[k-1]-π/4)*sin(ωt f1[k-1]-π/4)。
[0128]
参见图4，在可选的实施例中，加法器dr产生输出信号s1[k]之振幅ap表示为：
[0129]
ap＝a*cos(f1[k-1]-π/4)。
[0130]
反馈控制模块根据振幅ap来计算反馈信息例如f1[k－1]。
[0131]
参见图4，在可选的实施例中，第k组合计q个第二路子信号s2中的第2个第二路子信号s2为s22[k]，其相位取决于它在上一个第k-1时序对应的反馈信息f2[k－1]。
[0132]
s22[k]＝1/2*a*sin(ωt 2f2[k-1]-π/2)。
[0133]
其中f2[k－1]表征根据第k-1组q个输出信号s中的第2个输出信号s2[k－1]所计算出来的一个反馈信息，经由反馈控制模块算出反馈信息后，反馈信息被转换成模拟量输送给相位调制电路pm。相位调制电路pm根据反馈信息将第2个第二路子信号s2从之前的相位调制前的s/2执行相位调制后，调制变成相位调制后的s22[k]。
[0134]
参见图4，在可选的实施例中，加法器dr实施s22[k]与s1的加法运算，运算得到的输出信号s2[k]在第k时序中表示为：
[0135]
s2[k]＝s1 s22[k]＝a*cos(f2[k-1]-π/4)*sin(ωt f2[k-1]-π/4)。
[0136]
参见图4，在可选的实施例中，加法器dr产生输出信号s2[k]之振幅ap表示为：
[0137]
ap＝a*cos(f2[k-1]-π/4)。
[0138]
反馈控制模块根据振幅ap来计算反馈信息例如f2[k－1]。
[0139]
参见图4，在可选的实施例中，第k组合计q个第二路子信号s2中的第n个第二路子信号s2为s2n[k]，其相位取决于它在上一个第k-1时序对应的反馈信息fn[k－1]。
[0140]
s2n[k]＝1/2*a*sin(ωt 2fn[k-1]-π/2)。
[0141]
其中fn[k－1]表征根据第k-1组q个输出信号s中的第n个输出信号sn[k－1]所计算出来的一个反馈信息，经由反馈控制模块算出反馈信息后，反馈信息被转换成模拟量输送给相位调制电路pm。相位调制电路pm根据反馈信息将第n个第二路子信号s2从之前的相位调制前的s/2执行相位调制后，调制变成相位调制后的s2n[k]。
[0142]
参见图4，在可选的实施例中，电分叉伊辛模型的实现方法包括：提供q个正弦函数形式的第一路子信号s1以及q个正弦函数形式的第二路子信号s2；规定q个第一路子信号s1设置成在时间上间隔开，任意相邻的两个所述第一路子信号s1之间的时间间隔设为预定值t；规定q个所述第二路子信号s2设置成在时间上间隔，任意相邻的两个所述第二路子信号s2之间的时间间隔设为预定值t。
[0143]
参见图4，电分叉伊辛模型的实现方法还包括：在提供第k-1组合计q个所述第一路子信号s1和第k-1组q个所述第二路子信号s2后，继续再提供第k组q个所述第一路子信号s1和第k组q个所述第二路子信号s2，需依序产生多组第一路子信号和第二路子信号并且正整数q和k均大于1。
[0144]
参见图4，第k-1组q个第一路子信号s1中第n个第一路子信号s1n与第k-1组的第二路子信号中经过相位调制的第n个第二路子信号s2n[k-1]相加得到sn[k-1]，这也是电分叉伊辛模型的实现方法的环节。正整数n满足1≤n≤q。
[0145]
参见图4，第k组q个第一路子信号s1中第n个第一路子信号s1n与第k组第二路子信号中的经过相位调制的第n个第二路子信号s2n[k]相加得到输出信号sn[k]，这也是电分叉伊辛模型的实现方法的环节。
[0146]
参见图4，根据输出信号sn[k-1]振幅，计算第k组中第n个第二路子信号s2n进行相位更新的反馈信息fn[k-1]，以及将第k组中第n个第二路子信号s2n的相位调制成所述反馈信息fn[k-1]所表征的相位值，例如将第二路子信号s2n调制成s2n[k]。振幅检测和相位调制等可由反馈控制模块承担。这也是电分叉伊辛模型实现方法的环节。由本例展示了电分叉伊辛模型内部的迭代过程。
[0147]
参见图5，在可选的实施例中，加法器dr将第k组q个第一路子信号s1中第n个第一路子信号s1n与s2n[k]予以相加，得到输出信号sn[k]在第k时序中表示为：
[0148]
sn[k]＝s1n s2n[k]＝a*cos(fn[k-1]-π/4)*sin(ωt fn[k-1]-π/4)。
[0149]
参见图5，第k组的各个第一路子信号s11、s12、s13、
…
s1n、
…
s1q等的函数形式完全一样而且没有经过相位调节，均可以直接利用s1的函数式来表达。
[0150]
参见图5，在可选的实施例中，加法器dr产生输出信号sn[k]之振幅ap表示为：
[0151]
ap＝a*cos(fn[k-1]-π/4)。
[0152]
反馈控制模块根据振幅ap来计算反馈信息例如fn[k－1]。
[0153]
参见图1，反馈控制模块例如pfga或dsp或asic等根据加法器dr产生的输出信号的振幅ap计算第二路子信号s2进行相位更新的反馈信息。相位调制电路pm根据反馈控制模块提供的反馈信息，对第二路子信号s2执行相位的调制更新，将第二路子信号的相位调制成
反馈信息所表征的相位值。反馈控制模块利用各个输出信号的振幅对各个输出信号进行自旋编码，例如用输出信号sn[k]的振幅对其进行自旋编码。从而可得到各个输出信号的自旋分布，也即找到各个输出信号的伊辛模型基态。
[0154]
参见图5，在可选的实施例中，第k组(即第k时序)q个输出信号中的第n个输出信号sn[k]的自旋被编码为xn[k]：
[0155][0156]
从而反馈控制模块当中的现场可编程门阵列基于该振幅ap来实施自旋编码。因为前文所述的振幅ap与编码xn[k]直接相关。常规sgn函数实质是等效于阶跃函数，它允许计算结果从两种状态的一者(如0/-1)跳变到两种状态中的另一者(如1/ 1)。阶跃函数属于奇异函数，其数学意义是符号函数或计算机语言中的返回函数。sgn函数返回的值可以视为两种自旋(例如 1和-1、0或1或自旋向上及自旋向下)等二维矩阵。例如如果所述的振幅ap高于规定的阈值则返回的自旋σ等于 1，反之自旋σ等于-1；或者如果所述的振幅ap高于规定的阈值则返回的自旋σ等于了0，反之自旋σ等于1。这些均是对加法器的输出信号实施自旋编码的可选实施例。可认为第n个输出信号在伊辛哈密顿量中的基态解σn由符号函数sgn作用于第n个输出信号的自旋编码，本技术中涉及到的符号函数或曰阶跃函数可直接用传统sgn函数。现场可编程门阵列能够轻易胜任自旋编码和实施符号函数的运算，而且这种运算近乎没有任何时间上的延迟。
[0157]
参见图5，在可选的实施例中，第k组q个所述输出信号中的第n个所述输出信号的自旋被编码为：
[0158][0159]
参见图5，在可选的实施例中，第k组q个所述输出信号中的第n个输出信号在伊辛哈密顿量中的基态解σn由符号函数sgn作用于第n个输出信号的自旋编码：
[0160]
σn＝sgn(xn[k])。
[0161]
参见图5，在可选的实施例中，第k组(即第k时序)q个输出信号中的第n个输出信号sn[k]的自旋被编码为xn[k]等于自旋向下，这种自旋态仅仅是用于示范。
[0162]
参见图5，在可选的实施例中，第n个输出信号sn[k]的基态解σn由函数sgn作用于该第n个输出信号的自旋编码xn[k]，籍此得到基态解σn的值。在很多场合直接将伊辛哈密顿量中的基态解或基态视为自旋，这在本技术中同样也成立。按照这种方式籍此可确定和计算出任意一组q个输出信号中任意一个输出信号的基态解及其自旋状态。
[0163]
参见图5，在可选的实施例中，第k组(即第k时序)q个输出信号中的第q个输出信号sq[k]的自旋被编码为xq[k]等于自旋向上，这种自旋态仅仅是用于示范。
[0164]
参见图5，在可选的实施例中，第q个输出信号sq[k]的基态解σq由函数sgn作用于该第q个输出信号的自旋编码xq[k]，籍此得到基态解σq的值。
[0165]
参见图5，在可选的实施例中，现场可编程门阵列fpga对第k组合计q个不同的输出信号s进行自旋编码、生成第k组多个输出信号s中第n个输出信号sn[k]所对应的反馈信息fn[k]，此过程使用到了伊辛哈密顿量的运算：
[0166]
[0167]
其中m和n在1至q中取值。例如m取1至q及与m相邻的n取1至q。甚至可以认为每一组第一路子信号s1的个数为n且每一组第二路子信号s2的个数为n以及每组输出信号s的个数为n，此时是q等于n的情况。参见图6的范例。现场可编程门阵列的电路架构或逻辑单元能轻易胜任伊辛哈密顿量的运算、实现数据处理和计算。
[0168]
式中α是设定的反馈强度值而j
mn
对应于伊辛哈密顿量的耦合项及β为耦合强度。
[0169]
参见图5，可完全编程的电分叉伊辛机将初始信号一分为二以产生信号分叉。可完全编程的电分叉伊辛机还利用现场可编程门阵列将加法器的输出信号进行自旋编码，以及利用现场可编程门阵列将输出信号的自旋状态与伊辛哈密顿函数相结合，同时测量出输出信号在前一时序的振幅，籍此根据前一时序的振幅计算出分叉信号之一在后一时序的相位从而对分叉信号之一在后一时序的相位进行调节。经过相位调制的分叉信号之一与未经过相位调制的另一分叉信号实施加法运算，体现出分叉信号间的相互作用。
[0170]
参见图5，在不使用基于激光脉冲的光学伊辛机的前提下，使用振幅反馈以及适应性相位调节的方式控制加法器产生的多个输出信号间的相互作用，实现在呈现为脉冲形式的多个输出信号之间所模拟出来的伊辛相互作用的大小以及符号。对电学非光学形式的输出信号的自旋进行编码可以测量和计算出各个输出信号的模拟伊辛自旋状态。换而言之可找到伊辛模型的元素之间的给定一组耦合的基态，从优化的角度，找到将此哈密顿量最小化的自旋分布即找到伊辛模型的基态则可解决组合优化和非确定性时间难题。譬如伊辛模型的各个元素在本技术中是以一分为二产生的分叉信号来体现的。
[0171]
参见图5，尽管光学伊辛机的特点是利用光子在光域中具有超快传播速度和光子计算速度快等优点，但是光学伊辛机的缺陷是光子很难进行实地操控。相比之下电学信号在电子域的传播速度要比光子的传播速度低得多，而与此同时，电学信号的最大优势是电学信号的振幅特性、频率特性、传输特性以及其它电参数等极易操控，从而提供符合期望的信号源或激励源。另外借助现有的电子技术能产生各种各样的波形，如三角波、锯齿波或矩形波或方波以及正弦波等，所以电学伊辛机的设计成本非常低廉，电学伊辛机基于现有的电子技术就能够轻易实现，光学伊辛机则需重新独立开发并且体积极其庞大。
[0172]
参见图6，每一组第一路子信号s1的个数为n以及每一组第二路子信号s2的个数同样为n，每组输出信号s的个数为n，此时是q等于n的情况。本范例的其他实施手段和前文中图3-图5的实施手段完全一样，本范例证实了每组第一路子信号s1的个数和每组第二路子信号s2的个数可调，每组输出信号s的个数也可调，本范例还证实了电学伊辛机中元素的个数及相关的矩阵非常容易实时调节，具有较大的使用灵活性。相比之下光学伊辛机使用的激光脉冲必须周全的考虑传播速度，所以相互作用的激光脉冲的数量应进行有限的合理控制，否则光学腔很难满足建立泵浦光的谐振条件。再者光学伊辛机的其他苛刻运行条件例如最小泵浦功率、参量放大的设置、耦合输出镜透过率、腔长条件和共振腔的损耗等复杂因素都导致其劣势多于电学伊辛机。
[0173]
以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述申请内容提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言在阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应当看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围之内的任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。