一种光计算设备以及光信号处理方法技术

一种光计算设备以及光信号处理方法，该光计算设备包括参量振荡阵列、与该参量振荡阵列连接的相互作用计算矩阵、连接在该参量振荡阵列的两端的第一反馈模块和连接该参量振荡阵列和该相互作用计算阵列的第二反馈模块。其中，参量振荡阵列，用于接收第一组信号，并根据接收的该第一组信号生成包括多个第一光信号的第一组光信号；相互作用计算阵列，用于接收该第一组光信号，并根据预设的矩阵，对该第一组光信号进行矩阵运算，获得包括多个第二光信号的第二组光信号；第一反馈模块，用于接收该第一组光信号，并将该第一组光信号传输至该参量振荡阵列；第二反馈模块，用于接收该第二组光信号，并将该第二组光信号传输至该参量振荡阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种光计算设备以及光信号处理方法
本申请涉及信息
，尤其涉及一种光计算设备以及光信号处理方法。
技术介绍
复杂系统的分析和优化等非确定性多项式时间困难(non-deterministicpolynomialhard，NP-hard)问题，可以映射为伊辛模型，并通过光伊辛机对该伊辛模型进行模拟求解，从而得到该NP-hard问题的解。光伊辛机利用多个光信号构成的格点网络来模拟求解伊辛模型。目前，光伊辛机的一种实现方式是通过光纤系统来实现，具体为：串行输入光伊辛机计算所需的所有的输入光信号，然后将该所有的输入光信号在光纤腔内进行循环，并耦合出小部分输入光信号在现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，FPGA)中进行矩阵运算，模拟伊辛模型中各个节点之间的耦合作用，并将运算结果反馈至光伊辛机的输入端，从而与所有的输入光信号进行相互作用，作为下一次的输入光信号，反复执行上述过程，最终获取光伊辛机的最优解。由于上述光伊辛机中输入了计算所需的所有的输入光信号，因此，通过上述光伊辛机获取的最优解为全局最优解，而不是局部最优解，从而可以保证光伊辛机的计算精度。但是，上述光伊辛机中，输入光信号是串行运行的，当伊辛模型中的节点数量较多时，需要引入较多的输入光信号，从而会增大输入光信号在光伊辛机中的传输时间，导致运算时间大大增加，限制了光伊辛机的运算效率。因此，如何在保证计算精度的前提下，提高光伊辛机的运算效率，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本申请提供一种光计算设备以及光信号处理方法，用以提供一种高计算精度且高运算效率的光伊辛机。第一方面，提供一种光计算设备，该光计算设备包括参量振荡阵列、与该参量振荡阵列连接的相互作用计算矩阵、连接在该参量振荡阵列的两端的第一反馈模块和连接该参量振荡阵列和该相互作用计算阵列的第二反馈模块。该光计算设备的工作原理如下：参量振荡阵列，用于接收第一组信号，并根据接收的该第一组信号生成包括多个第一光信号的第一组光信号；相互作用计算阵列，用于接收该第一组光信号，并根据预设的矩阵，对该第一组光信号进行矩阵运算，获得包括多个第二光信号的第二组光信号；第一反馈模块，用于接收该第一组光信号，并将该第一组光信号传输至该参量振荡阵列；第二反馈模块，用于接收该第二组光信号，并将该第二组光信号传输至该参量振荡阵列。在上述光计算设备中，由于参量振荡阵列和相互作用计算矩阵对一组光信号包括的多个光信号的处理过程是并行的，因此，即使在伊辛模型中的节点数量较多时，需要引入较多的输入光信号时，也不会增加光计算设备的运算时间。进一步，将参量振荡阵列生成的光信号反馈至参量振荡阵列，以进行下一次计算，可以增加参量振荡阵列生成的光信号的状态，使得光计算设备能够获取计算所需的所有可能状态的输入光信号，从而可以避免光计算设备获取的不是局部最优解，即采用硬件退火方式提高了光计算设备的计算精度。在一种可能的设计中，该参量振荡阵列还用于：接收该第一组光信号以及该第二组光信号，以及，根据该第一组信号、该第一组光信号以及该第二组光信号，输出第三组光信号。相互作用计算阵列还用于：接收所述第三组光信号，根据所述预设的矩阵，对所述第三组光信号进行矩阵运算，获得第四组光信号。第一反馈模块还用于：接收所述第三组光信号，并将所述第三组光信号传输至所述参量振荡阵列。第二反馈模块还用于：接收所述第四组光信号，并将所述第四组光信号传输至所述参量振荡阵列。上述光计算设备中，当参量振荡阵列接收到由第一反馈模块和第二反馈模块传输的光信号后，则可以结合第一组信号以及由第一反馈模块和第二反馈模块传输的光信号，生成用于计算的输入信号。在一种可能的设计中，所述参量振荡阵列包括多个参量振荡器，所述参量振荡器包括第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导的材料不同，所述第一波导的材料包括具有非线性效应的材料。在上述光计算设备中，参量振荡阵列中的参量振荡器可以通过波导集成，可以使得光计算设备的结构更加紧凑。且，第一波导为具有非线性效应的波导，例如，可以为具有二阶非线性的铌酸锂波导或者钽酸锂波导等；第二波导可以是具有低传输损耗的特性的波导，例如，可以是氮化硅波导等，也可以是硅、二氧化硅等。通过第一波导的非线性效应可以产生压缩态的光信号，该压缩态的光信号可以理解为计算所需的所有可能状态的输入光信号，且，将产生的压缩态的光信号经具有低传输损耗特性的第二波导进行传输，从而可以避免光计算设备获取的不是局部最优解，通过异质集成的方式结合了不同波导材料的特性优势，可以保证该光计算设备的计算精度。在一种可能的设计中，该第二波导的材料包括传输损耗低于阈值的材料。这样，可以减少光信号在第二波导中传输时的损耗，保证光信号的准确性。在一种可能的设计中，该相互作用计算阵列包括多个级联的马赫-曾德尔MZ干涉单元，每个MZ干涉单元包括多个马赫-曾德尔干涉仪MZI和分束器，每个MZI包括介电常数的调整速度小于阈值的波导，该波导用于调整对应的MZI的相位参数。由于马赫-曾德尔干涉单元尺寸较小，因此，能够形成具备紧凑结构的光计算设备，进一步，使得该光计算设备可以在片上实现，可以保证系统的稳定性。且，使用介电常数的调整速度小于阈值特性的材料形成的MZI，能够较快地加载和刷新其相位参数，从而可以保证光计算设备的运算效率。在一种可能的设计中，同一个MZ干涉单元包括的多个MZI中的波导的材料不同。通过异质集成的方式形成的MZI能够快速加载和刷新其相位参数，从而可以相互作用矩阵的快速加载和刷新，从而可以进一步提高光计算设备的运算效率。在一种可能的设计中，所述参量振荡器还包括：连接所述参量振荡器、所述第一反馈模块以及所述相互作用计算阵列的分光器，该分光器用于：接收所述第一组光信号中的一个光信号，以及，按照预设的分光比例，将所述光信号分为第一部分光信号和第二部分光信号，并将所述第一部分光信号传输至所述第一反馈模块，以及，将所述第二部分光信号传输至所述相互作用计算矩阵。通过分光器可以灵活控制传输至第一反馈模块和相互作用计算矩阵中光信号的能量，增加系统的灵活性。在一种可能的设计中，所述参量振荡器还包括，连接所述参量振荡器、所述第一反馈模块以及所述第二反馈模块的合束器，该合束器用于将所述第一组光信号的一个光信号和所述第二组光信号的一个光信号合束为一个光信号，并将合束后的一个光信号传输至所述参量振荡器。通过合束器将多个信号合束为一个信号之后在进行处理，可以减少参量振荡器的计算量。第二方面，本申请提供了一种光信号处理方法，有益效果可以参见第一方面的相关描述，此处不再赘述。该方法由光计算设备执行，所述光计算设备包括参量振荡阵列、相互作用计算阵列、第一反馈模块以及第二反馈模块，所述方法包括：所述参量振荡阵列接收第一组信号，以及根据所述第一组信号生成第一组光信号，所述第一组光信号包括多个第一光信号；所述相互作用计算阵列接收所述第一组光信号，并根据预设的矩阵，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光计算设备，其特征在于，包括：/n参量振荡阵列，用于接收第一组信号，以及根据所述第一组信号生成第一组光信号，所述第一组光信号包括多个第一光信号；/n相互作用计算阵列，连接所述参量振荡阵列，用于接收所述第一组光信号，并根据预设的矩阵，对所述第一组光信号进行矩阵运算，获得第二组光信号，所述第二组光信号包括多个第二光信号；/n第一反馈模块，连接所述参量振荡阵列的两端，用于接收所述第一组光信号，并将所述第一组光信号传输至所述参量振荡阵列；/n第二反馈模块，连接所述参量振荡阵列和所述相互作用计算阵列，用于接收所述第二组光信号，并将所述第二组光信号传输至所述参量振荡阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种光计算设备，其特征在于，包括：
参量振荡阵列，用于接收第一组信号，以及根据所述第一组信号生成第一组光信号，所述第一组光信号包括多个第一光信号；
相互作用计算阵列，连接所述参量振荡阵列，用于接收所述第一组光信号，并根据预设的矩阵，对所述第一组光信号进行矩阵运算，获得第二组光信号，所述第二组光信号包括多个第二光信号；
第一反馈模块，连接所述参量振荡阵列的两端，用于接收所述第一组光信号，并将所述第一组光信号传输至所述参量振荡阵列；
第二反馈模块，连接所述参量振荡阵列和所述相互作用计算阵列，用于接收所述第二组光信号，并将所述第二组光信号传输至所述参量振荡阵列。


2.根据权利要求1所述的光计算设备，其特征在于，所述参量振荡阵列还用于：
接收所述第一组光信号以及所述第二组光信号；
根据所述第一组信号、所述第一组光信号以及所述第二组光信号，输出第三组光信号；
所述相互作用计算阵列还用于：
接收所述第三组光信号，根据所述预设的矩阵，对所述第三组光信号进行矩阵运算，获得第四组光信号；
所述第一反馈模块还用于：
接收所述第三组光信号，并将所述第三组光信号传输至所述参量振荡阵列；
所述第二反馈模块还用于：
接收所述第四组光信号，并将所述第四组光信号传输至所述参量振荡阵列。


3.根据权利要求1或2所述的光计算设备，其特征在于，所述参量振荡阵列包括多个参量振荡器，所述参量振荡器包括第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导的材料不同，所述第一波导的材料包括具有非线性效应的材料。


4.根据权利要求3所述的光计算设备，其特征在于，所述第二波导的材料包括传输损耗低于阈值的材料。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的光计算设备，其特征在于，所述相互作用计算阵列包括多个级联的马赫-曾德尔MZ干涉单元，每个MZ干涉单元包括多个马赫-曾德尔干涉仪MZI和分束器，每个MZI包括介电常数的调整速度小于阈值的波导，所述波导用于调整对应的MZI的相位参数。


6.根据权利要求5所述的光计算设备，其特征在于，同一个MZ干涉单元包括的多个MZI中的波导的材料不同。


7.根据权利要求1-5中任一项所述的光计算设备，其特征在于，
所述参量振荡器还包括：
分光器，连接所述参量振荡器、所述第一反馈模块以及所述相互作用计算阵列，用于：
接收所述第一组光信号中的一个第一光信号；
按照预设的分光比例，将所述光信号分为第一部分光信号和第二部分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，云志强，董晓文，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44