CN111065963B - 伊辛模型的计算装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种伊辛模型的计算装置，其能通过提供与输入的问题独立的伊辛模型的计算装置的计算精度的评价指标，从通过计算得到的解中选择具有一定质量的解并输出。将与应该求解的问题对应的所述伊辛模型的耦合系数和与所述校验问题对应的所述伊辛模型的耦合系数组合后的耦合系数设定为用于所述相互作用的运算的耦合系数，在使用多个光脉冲计算出的计算值中，针对与所述校验自旋对应的计算值，判定作为所述校验问题的解的适合性，仅在所述判定的结果具有作为所述校验问题的解的适合性的情况下，将得到的计算值中的除了与校验自旋对应的计算值以外的计算值作为针对所述应该求解的问题的解输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光脉冲来虚拟地模拟伊辛模型(Ising model)的伊辛模型的计算装置。
背景技术
在以往已知的诺伊曼型的计算机中无法高效地解决被分类为NP问题的组合最优化问题。作为解决组合最优化问题的方法，提出了使用伊辛模型(Ising model)的方法，该伊辛模型是将磁性材料作为配置于网格点的各位点的自旋(spin)的相互作用进行统计力学解析的网格模型。
哈密顿算符H是伊辛模型的系统的能量函数，可知如以下的算式(1)所示那样表示。
[数式1]
H＝∑i，jJijσiσj (1)
在此，Jij为耦合常数，表示构成伊辛模型的各位点(site)的相关关系。σi、σj表示各位点的自旋，取1或－1的值。
在使用伊辛模型解决组合最优化问题的情况下，在上述伊辛模型的哈密顿算符中，当给出作为各位点的相关关系的Jij时，通过求出系统变为稳定状态、能量H的值变为最小的σi来得到最优解。近年，能通过利用光脉冲来虚拟地模拟这种伊辛模型来解决NP问题等组合最优化问题的计算装置受到关注(专利文献1、非专利文献1)。
图1是表示伊辛模型计算装置的基本构成的图。如图1所示，伊辛模型计算装置构成为：对于设于作为环形共振器1发挥功能的环状的光纤内的PSA(相敏放大器：PhaseSensitive Amplifier)2，通过注入泵浦光脉冲(pump)，来生成与伊辛模型的位点数对应的数量的光脉冲列(二值化OPO：Optical Parametric Oscillator：0或π相位的光参量振荡器)。当输入至环形共振器1的光脉冲列循环一周再次到达PSA2时，通过再次向PSA2输入泵浦光来放大光脉冲列。通过最初的泵浦光的注入而产生的光脉冲列是相位不确定的微弱的脉冲，在每次环绕环形共振器1内时被PSA2放大，由此逐渐确定其相位状态。PSA2相对于泵浦光源的相位以0或π的相位放大各光脉冲，因此确定为它们中的任一个相位状态。
在伊辛模型计算装置中，与光脉冲的相位0、π对应地安装伊辛模型中的自旋的1、－1。在光脉冲的每次环绕时，由环形共振器1外部的测定部3进行光脉冲列的相位和振幅的测定，将其测定结果输入至预先给出了耦合系数Jij的运算器4，利用这些来运算相对于第i个脉冲的耦合信号(反馈输入的信号)
[数式2]
∑jJijcj
(cj：第j个位点的光脉冲的振幅)。该预先给出的耦合系数Jij为所计算的问题。而且，通过反馈环路控制，能够在构成光脉冲列的各光脉冲之间对相位赋予相关关系，该反馈环路控制生成与由外部光脉冲输入部5运算出的耦合信号相应的外部光脉冲，并将其输入至环形共振器1内。
在伊辛模型的计算装置中，一边赋予上述相关关系，一边使光脉冲列在环形共振器1内环绕放大，测定变为稳定状态时的构成光脉冲列的各光脉冲的相位0、π，由此能够求出伊辛模型的解。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/156126号公报
非专利文献
非专利文献1：T.Inagaki,Y.Haribara,etal,"A coherent ising machine for2000-node optimization problems,"Science 354,603--606(2016).
发明内容
发明所要解决的问题
在如上所述使用了光脉冲列的伊辛模型的计算装置中，向光共振器的放大光、测定用本振光、反馈注入光的每一个都需要与构成光脉冲列的各光脉冲对准相位地进行光耦合。
然而，例如，当光路长度由于构成环形共振器的光纤的温度变化而变化时，光脉冲列的光相位变得不稳定，难以在光耦合时对准相位。由于这种光相位的不稳定性，当耦合时产生相位偏移时，会计算出与本来应该求解的问题不同的问题。例如，在由于相位偏移而使干涉相反的状态下进行计算的情况下，会变成求解反转了符号的问题。这样，由于光相位的不稳定性，最优化问题的计算精度可能会每次都会变化。因此，在使用了光脉冲列的伊辛模型的计算装置中，重要的是保持所输出的解的质量。另一方面，当然输入至伊辛模型的计算装置的问题的解无法提前预测，因此必须与输入的问题独立地对计算精度进行估计。
本发明是鉴于上述以往的问题而完成的，本发明的课题在于提供一种伊辛模型的计算装置，其通过提供与输入的问题独立的伊辛模型的计算装置的计算精度的评价指标，从通过计算得到的解中选择具有一定质量的解并输出。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，一个实施方式中记载的发明为一种伊辛模型的计算装置，该伊辛模型的计算装置具备：共振器部，用于放大多个光脉冲；以及反馈构成，测定该多个光脉冲的相位和振幅，使用伊辛模型的耦合系数来运算与某个光脉冲有关的相互作用并反馈，所述伊辛模型的计算装置的特征在于，该伊辛模型的计算装置还具备：校验自旋导入部，将所述多个光脉冲中的一部分用作用于解决验证计算的正确性的校验问题的校验自旋，所述校验自旋导入部将与应该求解的问题对应的所述伊辛模型的耦合系数和与所述校验问题对应的所述伊辛模型的耦合系数组合后的耦合系数设定为用于进行所述相互作用的运算的耦合系数，在使用所述多个光脉冲计算出的计算值中，针对与所述校验自旋对应的计算值，判定作为所述校验问题的解的适合性，在所述判定的结果为具有作为所述校验问题的解的适合性的情况下，将得到的计算值中的除了与校验自旋对应的计算值以外的计算值作为针对所述应该求解的问题的解输出，在所述判定的结果为不具有作为所述校验问题的解的适合性的情况下，再次设定所述组合后的耦合系数，将其作为用于进行所述相互作用的运算的耦合系数进行计算。
附图说明
图1是表示以往的伊辛模型的计算装置的基本构成的图。
图2是说明校验自旋的图。
图3是表示校验问题的得分与所输入的图形问题的得分的相关性的图。
图4是表示本实施方式的伊辛模型的计算装置的概略构成的图。
图5是表示平衡同步检波器的构成例的图。
图6是表示解答质量保持部的构成的一个例子的图。
图7是说明由运算器设定单元设定的Jij的图。
图8是本实施方式的伊辛模型的计算装置中的整体处理流程图。
图9是伊辛模型的计算装置中的处理流程。
图10是对偶图构造的问题进行说明的图。
图11是表示偶图构造的问题的解的能量与组合数的关系的图。
图12是表示利用伊辛模型的计算装置来计算偶图构造的问题时得到的解的能量与其发生频率的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
在本实施方式的伊辛模型的计算装置中，将由以下算式(1)的哈密顿算符表示的伊辛模型的自旋方向σi，σj(±1)置换为光脉冲的相位(0，π)(虚拟地模拟)，由此能计算出映射至伊辛模型的问题。
[数式3]
H＝∑i，jJijσiσj (1)
图2是说明用于验证计算的正确性的校验自旋的图。在本实施方式的伊辛模型的计算装置中，如图2所示，对于在伊辛模型的计算装置中用于计算的所有自旋(与伊辛模型的位点对应、构成光脉冲列的所有光脉冲)而言，除了用于解决应该求解的问题的自旋以外，还包括用于校验伊辛模型的计算装置的计算精度的校验自旋。在此，校验自旋是指用于实际解决已经进行了解的判明的校验问题的自旋(光脉冲)。
图3是表示校验问题的得分与所输入的图形(graph)问题的得分的相关性的图。由图3可知，校验问题的得分(解的精度)与所输入的图形问题(应该求解的问题)的得分具有某种程度的正相关性。此时，通过仅选择由单点划线包围的得分高的区域的计算结果，能提取计算精度高的结果而不依赖于输入的图形问题的构造。因此，可以说，通过判定使用了校验自旋的解的精度(正确性)是否为一定以上，能从通过计算得到的解中选择具有一定质量的解并输出。
在本实施方式的伊辛模型的计算装置中，构成为：将能够用于计算的多个光脉冲中的一部分光脉冲用作用于解决验证计算的正确性的、已知解的校验问题的校验自旋来进行计算，将计算的结果实际得到的计算值(解)中的与校验自旋对应的解与已知的解进行比较，由此对实际得到的解的精度进行评价，仅选择具有一定的质量以上的解并将其输出。
图4是表示本实施方式的伊辛模型的计算装置的概略构成的图。在图4中，伊辛模型的计算装置具备：环形共振器1，由环状的光纤构成；PSA(相敏放大器)2，设于环形共振器1内；以及测定部3、运算器4、外部光脉冲输入部5，从环形共振器1分支，构成反馈环路，而且，还具备解答质量保持部(校验自旋导入部)6，其用于将校验自旋导入至测定部3与运算器4之间的反馈环路外。
PSA2将与伊辛模型的多个自旋虚拟地对应，具有同一振荡频率的多个光脉冲的列(光脉冲列)相对于泵浦光源(严格地说，在泵浦光脉冲产生中使用的本振光)的相位高效地放大0或π的相位的光。PSA2能够使用例如表现出二次非线形光学效果的PPLN(periodically poled lithium niobate：周期性极化反转铌酸锂)等非线形光学晶体构成。
当输入信号光(signal light)和泵浦光(激励光)时，PSA2产生相对于泵浦光源的相位为0或π的相位的微弱的脉冲(闲频光：idler light)。在PSA2中，即使在最初没有产生信号光的状态下仅输入了泵浦光的情况下，也能产生微弱的脉冲作为自然放出光。
在PSA2中，当输入通过二次谐波发生器将具有频率ω的局部振荡光(LO光)转换为2倍波的频率2ω的泵浦光时，(到此为止没有泵浦光，正是开始注入泵浦光脉冲(pump)的时候)通过参量下转换过程产生微弱的噪声光。而且，在PSA2中，当在环形共振器1内环绕传播的光脉冲列被再次输入时，该光脉冲列成为信号光
[数式4]
当进一步向PSA2输入与该信号光完全相位整合的泵浦光
[数式5]
时，由于作为二次非线形光学效果的OPO(光参量振荡)而产生作为信号光Es的相位共轭波的闲频光
[数式6]
此时，在信号光和闲频光的频率一致的情况下，输出以下的简并波。
[数式7]
该输出的简并波是处于相位共轭的关系的信号光与闲频光的叠加，因此高效地放大了相位为0或π的波。由此，在PSA2中，最初产生的微弱的光脉冲列中的0或π的相位分量被放大。
环形共振器1使在PSA2中产生的多个光脉冲(光脉冲列)环绕传播。环形共振器1能够由环状的光纤构成，该光纤的长度设定为(构成光脉冲列的脉冲的数量)×(脉冲间隔)加上反馈处理花费的时间量的长度。
测定部3在每次多个光脉冲(光脉冲列)在环形共振器1中环绕传播时(每次环绕)作为测定该多个光脉冲的相位和振幅的光脉冲测定部发挥功能。具体而言，测定部3对在环形共振器1内传播的光脉冲列进行分支，并对包括其振幅的相位状态进行相干(coherent)测定。测定部3能够采用测定多个光脉冲的相位和振幅的已知的单元，例如，能够使用平衡同步检波器(balanced homodyne detector)来构成。相干测定例如能够使用平衡同步检波器来测定作为被测定光而输入的光脉冲列的振幅和相位。
图5是表示平衡同步检波器30的构成例的图。平衡同步检波器30能将与所测定的光脉冲列相同的频率的相位同步的光作为基准光，使构成光脉冲列的光发生干涉，测定其振幅和相位状态。平衡同步检波器30具有：半反射镜(half mirror)31，使来自端口1和端口2的光发生干涉，将其输出到端口3和端口4；第一光检测器32，检测从端口3输出的光；第二光检测器33，检测从端口4输出的光；以及差分运算部34，对第一光检测器32和第二光检测器33的检测结果的差分进行运算。
在端口1输入有作为被测定光的光脉冲列Esei(ωt+θ)，在端口2输入有将振幅和相位为已知的基准光ELoeiωt。从端口1输入的光脉冲列在半反射镜31中分支为以同相位朝向端口3透射的分量和相位变化π而朝向端口4反射的分量。从端口2输入的基准光在半反射镜31中分支为以同相位朝向端口4透射的分量和以同相位朝向端口3反射的分量。
从端口1输入的光脉冲列的同相位分量和从端口2输入的基准光的同相位分量干涉后的输出光
[数式8]
从端口3输出，在第一光检测器32中，检测出表示光强度
[数式9]
的电信号。
从端口1输入的光脉冲列的逆相位分量和从端口2输入的基准光的同相位分量干涉，输出光
[数式10]
从端口4输出，在第二光检测器33中，检测出以光强度
[数式11]
表示的电信号。
而且，在差分运算部34中，对第一光检测器32中的检测信号与第二光检测器33中的检测信号的差分进行运算，输出2ELoEscosθ。
因此，由于基准光的振幅ELo是已知的，作为测定结果，可得到包括相位的cos分量(仅符号)和振幅的值±E。
作为测定结果而得到的值是带符号的模拟值(±E)，符号(±)表示相位，模拟值(E)表示振幅。
回到图4，运算器4作为相互作用计算部发挥功能，所述相互作用计算部将所测定的光脉冲的相位和振幅作为输入，决定基于映射至伊辛模型的耦合系数以及其他光脉冲的相位和振幅确定的光脉冲所涉及的相互作用，将受到该相互作用后的光脉冲的相位和振幅(相互作用的耦合结果)作为反馈值进行运算。能够使用例如FPGA(Field ProgrammableGate Array：现场可编程门阵列)等数字运算器作为运算器4。
具体而言，运算器4首先针对由测定部3测定出的光脉冲列的振幅和相位，基于算式(2)进行给出耦合系数的运算，决定相互作用。
[数式12]
在上述算式(2)中，c1、c2、c3、c4、c5(ci)分别是测定部3中的各光脉冲的测定结果，f1、f2、f3、f4、f5(fi)分别是相互作用的运算结果。矩阵的运算参数J12、J13、J14、J15……J53、J54是映射至伊辛模型的耦合系数，根据欲求解的问题来决定。需要说明的是，在此，以位点数为5的情况为例进行说明，但根据位点数决定使用的方矩阵的大小。方矩阵设为(位点数)×(位点数)的大小。
对于上述的相互作用而言，例如，当位点数(构成光的脉冲列的光脉冲的数量)设为N时，运算器4能够通过下述算式(3)进行矩阵的运算来决定相互作用。
[数式13]
如上述算式(2)、算式(3)所示，在运算器4中，能生成以测定部3中的测定结果为元素的列向量，对所生成的列向量进行乘以矩阵的运算来决定相互作用。
外部光脉冲输入部5使用基于仅测定了相位和振幅的特定的分量的光脉冲的相位和振幅而运算出的运算结果，控制与环形共振器1内的光脉冲叠加的光脉冲的振幅和相位，由此安装光脉冲所涉及的相互作用的大小和符号。外部光脉冲输入部5能够使用例如控制光脉冲的振幅和相位并输出的激光器来构成。运算结果仅为相位和振幅的特定的分量，因此仅安装相位和振幅的特定分量的相互作用。
具体而言，外部光脉冲输入部5以与运算器4中的运算结果成比例的振幅和相位同步地使与环形共振器1内的光脉冲列相同频率的光脉冲列进行合波。例如，外部光脉冲输入部5同步地输入一定频率的外部脉冲，由此能同步地输入与环形共振器1内的光脉冲列频率一致的脉冲。通过将与运算结果相应的外部脉冲与环形共振器1内的光脉冲列进行合波，能对环形共振器1内的光脉冲列施加虚拟的相互作用。
这样，根据由外部光脉冲输入部5进行反馈输入的构成，使用第i个光脉冲的cos分量ci、共振器环绕数n、外部脉冲的比率K，反馈后的光脉冲列的信号c'i(n)由以下的算式(4)表示。
[数式14]
c′i(n)＝ci(n)+Kfi(n) (4)
在以上的算式中，表示了对环形共振器1内的光脉冲列ci(n)以耦合比率K使外部光脉冲输入部5的外部光脉冲列(反馈输入的分量)
[数式15]
进行合波，而成为反馈后的光脉冲列c'i(n)。
当以上述算式表示的光脉冲列c'i(n)再次输入至PSA2时，使其放大而成为光脉冲列ci(n+1)。通过以上的构成，在伊辛模型的计算装置中，在重复放大和反馈的同时将光脉冲列引导至与问题相应的稳定状态。
图6是表示导入校验自旋的解答质量保持部6的构成的一个例子的图。在本实施方式的伊辛模型的计算装置中，除了如上所述进行伊辛模型的计算的构成以外，还具备导入校验自旋来保持解的质量的解答质量保持部6。解答质量保持部6能够由例如具备处理器、存储器等的计算机等计算处理单元构成。如图6所示，解答质量保持部6具有：耦合系数决定单元61、运算器设定单元62、计算值确定单元63、校验自旋检查单元64以及适合性判定单元65。
耦合系数决定单元61决定与应该求解的问题相应的耦合系数，而且，决定与用于验证计算的正确性的已知解的校验问题相应的耦合系数。
运算器设定单元62在运算器4中设定耦合系数Jij，该耦合系数Jij组合了由耦合系数决定单元61决定的与应该求解的问题相应的耦合系数和与校验问题相应的耦合系数。在上述的说明中，算式(2)、算式(3)设定了该组合的耦合系数Jij。
图7是说明由运算器设定单元62设定的Jij的图。如图7所示，运算器设定单元62设定矩阵Jij，在该矩阵Jij中将作为耦合系数的一部分的矩阵的左上的48行×48列设为与校验问题相应的耦合系数，将矩阵的右下的2000行×2000列设为与应该求解的问题相应的耦合系数。校验问题的耦合系数使用图2的校验自旋来进行计算，应该求解的问题的耦合系数使用图2的解决输入的问题的自旋来进行计算。当通过运算器设定单元62在运算器4中设定Jij时，在伊辛模型的计算装置中向PSA2输入泵浦光，开始计算。
计算值确定单元63根据光脉冲列被引导至稳定状态时由测定部3得到的测定值来确定解(计算值)。在此，所确定的解包括与应该求出的问题对应的解和与校验问题对应的解这两方。
校验自旋检查单元64将所确定的解(计算值)中的与校验问题对应的部分的解(使用校验自旋得到的解)和已经判明的校验问题的解进行比较，检查两者在何种程度上一致。
适合性判定单元65基于与校验自旋对应的解的检查结果，判定得到的解的质量是否符合质量基准。根据与校验自旋对应的解与校验问题的已知的解一致的数量(概率)是否为阈值以上来判定是否符合质量基准。在判定的结果为判定为符合质量基准的情况下，采用得到的解中的与应该求出的问题对应的部分作为解，作为伊辛模型的计算装置的解进行输出。另一方面，在判定的结果为判定为不符合质量基准的情况下，不采用得到的解而再次向运算器设定单元62指示Jij的设定。
图8是本实施方式的伊辛模型的计算装置中的整体处理流程，图9是表示伊辛模型的计算处理的流程图。如图8所示，在本实施方式的伊辛模型的计算装置中，当输入应该求解的问题时，耦合系数决定单元61在决定与问题相应的耦合系数(S1)的同时决定与校验问题相应的耦合系数(S2)，将运算器设定单元62所决定的两种耦合系数组合而得到的耦合系数Jij设定至运算器4(S3)。当在运算器4中设定组合后的耦合系数Jij时，在伊辛模型的计算装置中向PSA2输入泵浦光，开始基于图9所示的处理流程的计算(S4)。
在伊辛模型的计算装置中的计算处理中，在S3中设定了组合后的耦合系数Jij之后，当最初向PSA2注入泵浦光时，产生微弱的噪声光脉冲列(S11)，产生的噪声光脉冲列在环形共振器1内环绕传播。在环形共振器1内环绕传播的光脉冲列的一部分进行分支，通过测定部3对其振幅和相位进行相干测定(S12)。
当得到光脉冲列的测定结果时，在运算器4中，通过映射了耦合系数的矩阵来运算反馈值(S14)。
当外部光脉冲输入部5收到运算器4中的运算结果时，将具有与运算结果相应的相位和振幅的外部光脉冲输入至环形共振器1，通过与环形共振器1内的光脉冲列合波来给出对于光脉冲列的反馈(S15)。
反馈后的光脉冲列被再次输入至PSA2，被与光脉冲列同步的泵浦光放大(S16)，再次在环形共振器1内环绕传播。针对在环形共振器1内再次传播的光脉冲列，再次重复进行相干测定、矩阵的运算、与运算结果相应的反馈。
当对这样的光脉冲列重复进行规定次数的放大和反馈时(S13)，光脉冲列的状态变为稳定状态。计算值确定单元63确定通过成为稳定状态而得到的计算结果(将作为在测定部3中得到的测定结果的相位状态的0或π置换为伊辛模型的自旋σ状态(±1)的值)(S5)，校验自旋检查单元64检查在确定的解中与校验问题对应的解是否与已经判明的校验问题的解一致(S6)。其结果是，由适合性判定单元65判断是否满足质量基准，在判定为满足质量基准的情况下，采用得到的解，作为伊辛模型的计算装置的输出(S7：是)。在判定为不满足质量基准的情况下，适合性判定单元65向运算器设定单元62指示再次设定耦合系数(S7：否)。
(校验问题的其他方案)
在本实施方式中，在耦合系数决定单元61中决定了与应该求解的问题相应的耦合系数，并且采用了已知解的校验问题作为用于验证计算的正确性的校验问题，决定了与已知解的校验问题相应的耦合系数。然而，也可以采用偶图(Bipartite：二部图)构造问题作为用于验证计算的正确性的校验问题。对于采用偶图构造的校验问题的情况的解答质量保持部6的构成，仅对与上述构成不同的部分进行说明。
图10是对偶图构造的问题进行说明的图，图11是表示偶图构造的问题的解的能量与组合数的关系的图，图12是表示利用伊辛模型的计算装置来计算偶图构造的问题时得到的解的能量与其发生频率的关系的图。偶图构造是指图形理论的一种方案，具体而言，如图10所示，为当在边缘(edge)连接被分为A和B两个子图(部分集合)的任意节点时，在同一个子图内的节点之间没有边缘的图形构造。连接各节点的边缘的加权值成为问题。
在伊辛模型的计算装置中，将偶图构造的问题的各节点的值与伊辛模型的各节点的值“+1”和“－1”中的任一个建立对应，将连接节点间的边缘的耦合强度与伊辛模型的耦合系数建立对应。当对于所有节点能够取得的值的组合计算作为对象的偶图构造的问题中的能量的分布(即，解的值的总分布)时，如图11所示，成为以能量“0”为中心的对称的分布。而且，如图12所示，在伊辛模型的计算装置中成为规定的能量的解的发生频率偏向能量的最大值和最小值，以“0”为边界，在正负方向上相等。
在此，原本在伊辛模型的计算装置中求出能量最小的解，但从图12所示的解的发生频率也可知，成为非正解的解的主要原因在于，由于光脉冲的相位发生偏移，自旋的符号(节点的值的符号)发生了反转。因此，在本实施方式中，对于偶图构造的问题的解的能量以“0”为边界，在解的能量比其小的情况下，能判定为计算正确。
在耦合系数决定单元61中决定与用于验证计算的正确性的校验问题相应的耦合系数的情况下，偶图构造的问题能够表示为下述的矩阵(5)。在下述的矩阵(5)中，K为任意的矩阵，Kt为K的转置矩阵。
即，当将子图A的各节点设为A1、A2、A3……，将子图B的各节点设为B1、B2、B3……，将解设为fa1、fa2、fa3……fb1、fb2、fb3……时，在图10所示的子图中表示的偶图构造的问题可以由以下的算式(6)表示。
因此，在采用偶图构造的问题作为校验问题的情况下，在耦合系数决定单元61中将以上的矩阵(5)的各元素作为与校验问题相应的耦合系数来决定，将所决定的耦合系数设定为在运算器设定单元62中与图7所示的校验问题相应的耦合系数即可。需要说明的是，即使在采用偶图构造的问题作为校验问题的情况下，在运算器设定单元62中，应该求解的问题也设定为与图7的输入的图形问题相应的耦合系数的部分。
这样，在采用偶图构造的问题作为校验问题的情况下，校验自旋检查单元64确定在计算值确定单元63中确定的解中的与校验问题对应的部分的解的能量。
适合性判定单元65将在校验自旋检查单元64中确定的解的能量为“0”作为阈值，具体而言，在解的能量为“0”以下(或小于“0”)的情况下，判定为符合质量基准。
如上所述，确定校验问题的解的能量来代替通过校验自旋检查单元64比较校验问题的解的一致性。而且，在适合性判定单元65中，将校验问题的解的能量为“0”以下(或小于“0”)的情况判定为符合质量基准来代替将校验问题的解的一致的概率为阈值以上的情况判定为符合质量基准，由此，即使在采用偶图构造的问题作为校验问题的情况下，也能按照图8所示的处理流程来进行处理。
在本实施方式中，以包括环形共振器1、PSA2、测定部3、运算器4以及外部光脉冲输入部5的伊辛模型的计算装置的情况为例进行了说明，但伊辛模型的计算装置的构成并不限定于此。
在本实施方式中，图2所示的校验自旋和解决输入的问题的自旋的关系以及图7所示的与质量校验用的图形问题相应的耦合系数和与输入的图形问题(应该求解的问题)相应的耦合系数的关系只不过是表示一个例子。采用伊辛模型的所有自旋的中的哪个自旋作为校验自旋(反之，采用哪个自旋作为解决输入的问题的自旋)没有特别限定，能够采用任意位置的任意数量的自旋。此外，对于设定于运算器4的矩阵的耦合系数，如图7所示，也不限于左上的48行48列的耦合系数，能够将任意位置的任意数量的耦合系数设定为与质量校验用的图形问题相应的耦合系数，将其余的耦合系数设定为与输入的图形问题(应该求解的问题)相应的耦合系数。
Claims (4)
1.一种伊辛模型的计算装置，具备：
共振器部，用于相对于光源的相位以0或π的相位放大多个光脉冲，使该多个光脉冲稳定在任一个相位状态；以及
反馈构成，测定该多个光脉冲的相位和振幅，使用伊辛模型的耦合系数作为向所述共振器部的反馈输入来运算耦合信号，
所述伊辛模型的计算装置的特征在于，
该伊辛模型的计算装置还具备校验自旋导入部，将所述多个光脉冲中的一部分用作用于解决验证应该求解的主问题的所述解的正确性的校验问题的校验自旋，所述主问题和所述校验问题分别预先给出来作为第一伊辛模型和第二伊辛模型的耦合系数，所述校验问题预先给出已知的解，
所述校验自旋导入部将与所述主问题对应的所述第一伊辛模型的耦合系数和与所述校验问题对应的所述第二伊辛模型的耦合系数组合后的耦合系数设定为用于进行所述耦合信号的运算的伊辛模型的耦合系数，
所述校验自旋导入部使所述多个光脉冲稳定在任一个相位状态，
在使所述多个光脉冲稳定在任一个相位状态时，针对与所述校验自旋对应的相位状态，判定根据所述相位状态给出的校验问题的解是否符合所述已知的解，
在所述判定的结果为根据所述相位状态给出的校验问题的解符合所述已知的解的情况下，将除了与所述校验自旋对应的相位状态以外的相位状态作为针对所述主问题的解输出，
在所述判定的结果为根据所述相位状态给出的校验问题的解不符合所述已知的解的情况下，将所述组合后的耦合系数再次设定为用于进行所述耦合信号的运算的伊辛模型的耦合系数。
2.根据权利要求1所述的伊辛模型的计算装置，其特征在于，
所述共振器部具有：
相敏放大器，与伊辛模型的多个自旋对应，使具有同一振荡频率的多个光脉冲以0或π的相位进行参量振荡；以及
环形共振器，使所述多个光脉冲环绕传播，
所述反馈构成具有：
光脉冲测定部，在每次所述多个光脉冲在所述环形共振器上环绕传播时，测定所述多个光脉冲的相位和振幅；
相互作用计算部，将在所述光脉冲测定部中测定出的光脉冲的相位和振幅的信息作为输入，来计算根据所述伊辛模型的耦合系数和所述测定出的光脉冲的相位和振幅决定的所述耦合信号；以及
相互作用安装部，基于在所述相互作用计算部中计算出的所述耦合信号，生成外部光脉冲，控制所述外部光脉冲的振幅和相位，由此安装基于所述伊辛模型的耦合系数和所述测定出的光脉冲的相位和振幅决定的所述反馈输入，
在重复进行由所述光脉冲测定部、所述相互作用计算部以及所述相互作用安装部构成的反馈环路控制的过程中，所述光脉冲测定部将在所述多个光脉冲到达任一个相位状态后测定出的所述多个光脉冲的相位转换为伊辛模型的自旋，由此得到伊辛模型的自旋的值。
3.根据权利要求2所述的伊辛模型的计算装置，其特征在于，
在将测定出的M个中的m个用作校验自旋的情况下，所述相互作用计算部将以符号和模拟值表示M个光脉冲中的、测定出的m个光脉冲的相位和振幅的元素的列向量和将与所述校验问题对应的耦合系数作为运算参数的矩阵相乘，将得到的列向量的元素作为对应于所述m个光脉冲的耦合结果即所述耦合信号进行运算，
针对测定出的M个光脉冲中的N个光脉冲，对将以符号和模拟值表示光脉冲的相位和振幅的c0、c1、c2、c3、c4……ci……cN-1、cN作为元素的列向量乘以将伊辛模型的耦合系数Jij作为运算参数的如下所示的矩阵，将得到的列向量的元素f1、f2、f3、f4……fi……fN-1、fN作为对应于所述N个光脉冲的耦合结果即所述耦合信号进行运算，其中，当m和M设为自然数时，N为满足N＝M－m的整数，i＝1～N，j＝1～N，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的伊辛模型的计算装置，其特征在于，
采用偶图构造的问题作为所述校验问题。
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