CN114579348B - 一种用于光学相干计算装置的纠错方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据计算技术领域，提供了一种用于光学相干计算装置的纠错方法，包括：设置并启动基于回音壁微腔的光学相干计算装置；从光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端；对于光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，将其第一输出端的光场强度与基准输出端的光场强度进行比较，并根据比较结果确定该回音壁微腔的纠错值；当所述光学相干计算装置中有至少一个回音壁微腔的纠错值为预设的第一纠错值时，关闭所述光学相干计算装置，返回执行启动所述光学相干计算装置的步骤；否则，输出所述光学相干计算装置的计算结果。通过使用该方法，可以有效地提高光学相干计算装置的计算结果的准确性。

Description

一种用于光学相干计算装置的纠错方法

技术领域

本申请涉及数据计算技术领域，尤其涉及一种用于光学相干计算装置的纠错方法。

背景技术

微纳光学利用微结构材料(micro-structure materials)作为光学元件的光学分支，是目前新型光电子产业的重要发展方向，在光通信、光互联、光存储、半导体器件等诸多领域发挥了巨大的作用。在微纳光学方向，回音壁模式光学微腔（可简称为回音壁微腔）是现代光学中的重要光学器件。其通常具有微米尺度的光学结构，具有光存储的强大能力，可以极大的增强其中的光与物质相互作用。当回音壁微腔中的光形成闭合回路的时候，即可形成回音壁光学模式。回音壁光学模式中的光一部分存在于几何结构以内，一部分存在于构成光学微腔的集合体结构外，集合体以外部分的光场被称为倏逝场。可以通过在这一部分嵌入介质的方法改变整个回音壁模式的光程，实现模式的调控。

另外，在使用一些计算装置模拟一些数学问题并进行求解时，由于现实环境中不可避免的存在噪声等干扰，因此在计算过程中有可能会出现各种各样的错误。所以，如何有效地进行纠错或避错，始终是计算机实际应用过程中必须面对的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于光学相干计算装置的纠错方法，从而可以有效地提高光学相干计算装置的计算结果的准确性。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种用于光学相干计算装置的纠错方法，该用于光学相干计算装置的纠错方法包括如下步骤：

步骤A、设置基于回音壁微腔的光学相干计算装置；

步骤B、启动所述光学相干计算装置；

步骤C、从所述光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端；

步骤D、对于所述光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，将其第一输出端的光场强度与所述基准输出端的光场强度进行比较，并根据比较结果确定该回音壁微腔的纠错值；

步骤E、当所述光学相干计算装置中有至少一个回音壁微腔的纠错值为预设的第一纠错值时，关闭所述光学相干计算装置，返回执行步骤B；否则，输出所述光学相干计算装置的计算结果。

可选的，当启动所述光学相干计算装置时，所述光学相干计算装置中的连续激光器所输出的连续激光的功率大于预设的阈值功率。

可选的，所述第一输出端为回音壁微腔的高输出端；

或者，所述第一输出端为回音壁微腔的低输出端。

可选的，所述步骤D包括：

对于所述光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，当其第一输出端的光场强度与所述基准输出端的光场强度之间的差值大于预设的纠错阈值时，将该回音壁微腔的纠错值设置为第一纠错值；否则，将该回音壁微腔的纠错值设置为第二纠错值。

可选的，所述第一纠错值为0，所述第二纠错值为1。

可选的，所述纠错阈值为5%。

可选的，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置包括：控制器、可控激光器、连续激光器和至少两个微腔组件；

所述微腔组件包括：分束器、耦合器、回音壁微腔和光电探测器；

所述连续激光器与所述微腔组件中的分束器连接，用于向所述分束器输出连续激光；

所述分束器，用于将接收到的连续激光分别输出至其所在微腔组件中的耦合器的两端；

所述回音壁微腔位于所述耦合器的倏逝场范围内；

所述回音壁微腔的两个输出端分别与光电探测器的输入端连接；

所述光电探测器的输出端与所述控制器的输入端连接；

为每一个微腔组件设置两个可控激光器，两个可控激光器的输入端分别与所述控制器连接，两个可控激光器的输出端分别与对应的微腔组件中的耦合器的两端连接。

可选的，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置有一个连续激光器；

所述连续激光器与每一个微腔组件中的分束器连接。

可选的，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置有多个连续激光器；每一个连续激光器分别对应一个微腔组件；

每一个连续激光器与对应的微腔组件中的分束器连接。

可选的，所述耦合器为：棱镜、拉锥光纤或波导。

如上可见，在本发明中的用于光学相干计算装置的纠错方法中，由于先从光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，并将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端，再将光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔的第一输出端的光场强度都分别与上述基准输出端的光场强度进行比较，并根据比较结果确定各个回音壁微腔的纠错值；然后再根据各个回音壁微腔的纠错值确定是否需要纠错，并当计算过程中没有出现错误时才输出正确的计算结果，从而可以实现对通过回音壁微腔实现的相干光计算方案进行避错，有效地提高光学相干计算装置的计算结果的准确性。

附图说明

图1为本发明具体实施例一中的用于光学相干计算装置的纠错方法的流程示意图。

图2为本发明具体实施例一中的光学相干计算装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

由于光学非线性效应的存在，光场的演化规律与的光场强度有关。在一些回音壁微腔（例如，二氧化硅回音壁光学微腔）中，由于材料分子（例如，二氧化硅分子）的非对称性，回音壁微腔中将产生二阶非线性效应。因此，当回音壁微腔中的光场超过一定强度（通常将这个强度称为阈值强度）时，回音壁微腔中的光场演化规律会产生根本性改变，因此，可以使用回音壁微腔来对一些数学计算问题进行仿真（例如，进行自旋系统仿真）。

例如，在相干光学计算上，当自旋结构相互耦合形成自旋网络的时候，其自发形成的稳定态对应的是最大割问题的最优解或者近似最优解。因此，可以通过回音壁微腔来模拟形成自旋网络，进而实现最大割及其等价问题的求解，从而可以解决经典计算机算法中计算耗时随着计算时间指数上升的问题。

然而，在使用回音壁微腔来模拟一些数学计算问题进行仿真计算时，由于现实环境中不可避免的存在噪声等干扰因素，因此在计算过程中有可能会出现各种错误。所以，如何有效地进行纠错或避错，始终是计算机实际应用过程中必须面对的一个问题。

因此，本发明中提出了一种用于光学相干计算装置的纠错方法。

图1为本发明具体实施例一中的用于光学相干计算装置的纠错方法的流程示意图。如图1所示，在本具体实施例中，所述用于光学相干计算装置的纠错方法包括如下步骤：

步骤101，设置基于回音壁微腔的光学相干计算装置。

在本发明的技术方案中，首先需要设置一个基于回音壁微腔的光学相干计算装置。

例如，作为示例，如图2所示，在本申请的一个具体实施例中，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置可以包括：控制器、可控激光器、连续激光器和至少两个微腔组件；

所述微腔组件包括：分束器、耦合器、回音壁微腔和光电探测器；

所述连续激光器与所述微腔组件中的分束器连接，用于向所述分束器输出连续激光；

所述分束器，用于将接收到的连续激光分别输出至其所在微腔组件中的耦合器的两端；

所述回音壁微腔位于所述耦合器的倏逝场范围内；

所述回音壁微腔的两个输出端分别与光电探测器的输入端连接；

所述光电探测器的输出端与所述控制器的输入端连接；

为每一个微腔组件设置两个可控激光器，两个可控激光器的输入端分别与所述控制器连接，两个可控激光器的输出端分别与对应的微腔组件中的耦合器的两端连接。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置中可以设置一个连续激光器，也可以设置多个连续激光器。

当基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置一个连续激光器时，该连续激光器与每一个微腔组件中的分束器连接，从而可以向每一个微腔组件输出连续激光。

当基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置有多个连续激光器时，可以每一个连续激光器分别对应一个微腔组件。因此，每一个连续激光器仅与对应的微腔组件中的分束器连接，从而可以向对应的微腔组件输出连续激光。

另外，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述耦合器可以是：棱镜、拉锥光纤或波导。

步骤102，启动所述光学相干计算装置。

在本步骤中，将启动上述的光学相干计算装置。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，当光学相干计算装置为如图2所示的光学相干计算装置时，如果需要启动上述光学相干计算装置，则可以先开启连续激光器以输出预设频率和预设功率的连续激光。连续激光器将连续激光输出至微腔组件中的分束器，分束器将接收到的连续激光分别输出其所连接的耦合器的两端；此时，连续激光分别从耦合器的两端输入耦合器中。由于回音壁微腔位于耦合器的倏逝场范围内，因此，耦合器中的连续激光将会以倏逝波的形式，以相同的功率从两个方向（例如，顺时针方向和逆时针方向）耦合到回音壁微腔中。两个方向的激光在回音壁微腔中不断反射形成共振加强激光，并分别从两个输出端（例如，可记为顺时针输出端和逆时针输出端）输出至光电探测器。光电探测器测量回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度，并将测量结果输出至控制器。控制器根据各个回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度，通过可控激光器分别向各个回音壁微腔对应的耦合器的两端输出连续激光，从而可以对回音壁微腔中的激光强度进行调制。

另外，当将连续激光器输出的连续激光的频率调到共振频率后，如果逐渐从零增加所输出的连续激光的功率，则当连续激光的功率小于某个预设功率时，回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度是相同的；如果继续增加连续激光器输出的连续激光的功率，则当连续激光器输出的连续激光的功率等于或大于某个预设功率时，回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度将不再相同。因此，可以将上述的预设功率称为阈值功率h。

所以，在本申请的技术方案中，当启动上述光学相干计算装置时，上述光学相干计算装置中的连续激光器所输出的连续激光的功率可以大于上述的阈值功率h。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述连续激光器输出的连续激光的功率可以是1.1h（即输出的连续激光的功率为1.1倍的阈值功率）。当然，也可以是其他的合适的大于上述的阈值功率h的功率值，在此不再一一列举。

当连续激光器输出的连续激光的功率等于或大于阈值功率h时，各个回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度都将不再相同。此时，可以记录每个回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度的强弱情况。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，可以将回音壁微腔的两个输出端分别标记为：顺时针输出端和逆时针输出端；并当顺时针输出端输出的激光的光场强度大于逆时针输出端输出的激光的光场强度时，将该回音壁微腔的模式值记为第一模式值（例如，第一模式值可以为0）；当顺时针输出端输出的激光的光场强度小于逆时针输出端输出的激光的光场强度时，将该回音壁微腔的模式值记为第二模式值（例如，第二模式值可以为1）。

因此，可以将各个回音壁微腔的状态与待计算的问题（例如，最大割问题及其等价问题）中的各个网络节点的状态对应起来。所以，可以将各个回音壁微腔的模式值对应于待计算的问题（例如，最大割问题及其等价问题）的节点的最优值，从而可以通过上述的光学相干计算装置来计算所需计算的问题（例如，最大割问题及其等价问题）。

步骤103，从所述光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端。

当启动上述光学相干计算装置之后，各个微腔组件中的光电探测器即可测量得到对应的回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度。

因此，在本步骤中，可以先从所述光学相干计算装置中的多个微腔组件中的多个回音壁微腔中，选择一个回音壁微腔。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，可以从光学相干计算装置中任意选择一个回音壁微腔。

举例来说，可以选择第一个微腔组件中的回音壁微腔，也可以选择最后一个微腔组件中的回音壁微腔，还可以选择中间某一个微腔组件中的回音壁微腔，在此不再一一列举。

在选择了一个回音壁微腔之后，还需要将所选择的回音壁微腔的任一输出端作为基准输出端。

在本申请的技术方案中，可以预先确定回音壁微腔的某一个输出端（可以是任一输出端）作为第一输出端，并将该第一输出端作为基准输出端。

举例来说，当连续激光器输出的连续激光的功率等于或大于阈值功率h时，回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度将不再相同。此时，可以将两个输出端中的光场强度高的输出端称为高输出端，而将另一个光场强度低的输出端称为低输出端。因此，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，可以预先确定将回音壁微腔的高输出端作为所述第一输出端，也可以预先确定将回音壁微腔的低输出端作为所述第一输出端。

由于已经预先确定了回音壁微腔的第一输出端，因此在本步骤中，可以将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端。

步骤104，对于所述光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，将其第一输出端的光场强度与所述基准输出端的光场强度进行比较，并根据比较结果确定该回音壁微腔的纠错值。

在本申请的技术方案中，在选择了一个回音壁微腔，并将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端之后，即可将光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔的第一输出端的光场强度都与该基准输出端的光场强度进行比较。在得到比较结果之后，即可根据比较结果确定每一个回音壁微腔的纠错值。

在本申请的技术方案中，可以通过多种具体的实现方式来实现上述的步骤104。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述步骤104可以是：

对于所述光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，当其第一输出端的光场强度与所述基准输出端的光场强度之间的差值大于预设的纠错阈值时，将该回音壁微腔的纠错值设置为第一纠错值；否则，将该回音壁微腔的纠错值设置为第二纠错值。

对于光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔来说，一般情况下，当连续激光器输出的连续激光的功率等于或大于阈值功率h时，回音壁微腔的两个输出端输出的激光的光场强度是不相同的，光场强度高的输出端为高输出端，光场强度低的输出端为低输出端。因此，每一个回音壁微腔都有第一输出端。

例如，如果预先设定第一输出端是高输出端，则每个回音壁微腔的第一输出端都是指的高输出端；如果预先设定第一输出端是低输出端，则每个回音壁微腔的第一输出端都是指的低输出端。

因此，此时可以将每一个回音壁微腔的第一输出端的光场强度与步骤103中所选择的回音壁微腔的第一输出端（即基准输出端）的光场强度进行比较；如果差值大于预设的纠错阈值，则说明当前的回音壁微腔的第一输出端的光场强度与基准输出端（即所选择的回音壁微腔的第一输出端）的光场强度相差较大，因此可以将该当前的回音壁微腔的纠错值设置为第一纠错值；而如果差值小于或等于预设的纠错阈值，则说明当前的回音壁微腔的第一输出端的光场强度与基准输出端（即所选择的回音壁微腔的第一输出端）的光场强度大致相同，因此可以将该当前的回音壁微腔的纠错值设置为第二纠错值。

另外，在本申请的技术方案中，可以使用多种方式来预先设置上述的第一纠错值和第二纠错值的取值。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述第一纠错值可以为0，所述第二纠错值可以为1。当然，上述第一纠错值和第二纠错值的取值也可以是其他的合适的取值，在此不一一列举。

另外，在本申请的技术方案中，可以使用多种方式来预先设置上述的纠错阈值。

例如，作为示例，在本申请的一个具体实施例中，所述纠错阈值可以是5%，也可以是其他的合适的取值，在此不一一列举。

步骤105，当所述光学相干计算装置中有至少一个回音壁微腔的纠错值为预设的第一纠错值时，关闭所述光学相干计算装置，返回执行步骤102；否则，执行步骤106。

在本申请的技术方案中，如果上述光学相干计算装置中有一个或多个回音壁微腔的纠错值为预设的第一纠错值（例如，纠错值为0），则说明计算过程中出现了错误，需要纠错；此时，可以关闭上述的光学相干计算装置，返回执行步骤102，重启上述的光学相干计算装置，重新进行计算。

而如果上述光学相干计算装置中所有的回音壁微腔的纠错值都为第二纠错值（例如，纠错值为1），则说明计算过程中没有出现错误，计算成功；此时，可以执行步骤106。

步骤106，输出所述光学相干计算装置的计算结果。

在本步骤中，可以直接输出所述光学相干计算装置的计算结果，完成整个流程。

因此，通过上述的步骤101~106，可以有效地提高光学相干计算装置的计算结果的准确性。

综上所述，在本发明的技术方案中，由于在用于光学相干计算装置的纠错方法中，从光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，并将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端，再将光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔的第一输出端的光场强度都分别与上述基准输出端的光场强度进行比较，并根据比较结果确定各个回音壁微腔的纠错值；然后再根据各个回音壁微腔的纠错值确定是否需要纠错（即关闭所述光学相干计算装置，返回执行步骤102），并当计算过程中没有出现错误时才输出正确的计算结果，从而可以实现对通过回音壁微腔实现的相干光计算方案进行避错，有效地提高光学相干计算装置的计算结果的准确性。

例如，可以将本发明的上述用于光学相干计算装置的纠错方法引入到相干伊辛机模型中，以得到一种基于上述用于光学相干计算装置的纠错方法的相干伊辛机。此时，可以通过强度编码来统计相干伊辛机中的畴壁，也即非最低能态。当所有的避错编码（例如，纠错值）都为1时，意味着系统无畴壁，也即处于最低能态，这时候系统处于最大割对应状态，进而可以实现对通过回音壁微腔实现的相干光计算方案进行避错，有效地提高最大割求解过程中的准确性。

上述的通过二氧化硅回音壁微腔实现的相干光计算方案实际上是借助伊辛模型实现的一种方案，这与磁介质模型实质上是对应的。上述纠错模型实质对应的是一种磁畴壁监测模型，可以通过直接的光学测量方案实现最优解的检错避错。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光学相干计算装置的纠错方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤A、设置基于回音壁微腔的光学相干计算装置；

步骤B、启动所述光学相干计算装置；

步骤C、从所述光学相干计算装置中选择一个回音壁微腔，将所选择的回音壁微腔的第一输出端作为基准输出端；

步骤D、对于所述光学相干计算装置中的每一个回音壁微腔，当其第一输出端的光场强度与所述基准输出端的光场强度之间的差值大于预设的纠错阈值时，将该回音壁微腔的纠错值设置为第一纠错值；否则，将该回音壁微腔的纠错值设置为第二纠错值；

步骤E、当所述光学相干计算装置中有至少一个回音壁微腔的纠错值为预设的第一纠错值时，关闭所述光学相干计算装置，返回执行步骤B；否则，输出所述光学相干计算装置的计算结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

当启动所述光学相干计算装置时，所述光学相干计算装置中的连续激光器所输出的连续激光的功率大于预设的阈值功率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述第一输出端为回音壁微腔的高输出端；

或者，所述第一输出端为回音壁微腔的低输出端。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述第一纠错值为0，所述第二纠错值为1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述纠错阈值为5％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置包括：控制器、可控激光器、连续激光器和至少两个微腔组件；

所述微腔组件包括：分束器、耦合器、回音壁微腔和光电探测器；

所述连续激光器与所述微腔组件中的分束器连接，用于向所述分束器输出连续激光；

所述分束器，用于将接收到的连续激光分别输出至其所在微腔组件中的耦合器的两端；

所述回音壁微腔位于所述耦合器的倏逝场范围内；

所述回音壁微腔的两个输出端分别与光电探测器的输入端连接；

所述光电探测器的输出端与所述控制器的输入端连接；

为每一个微腔组件设置两个可控激光器，两个可控激光器的输入端分别与所述控制器连接，两个可控激光器的输出端分别与对应的微腔组件中的耦合器的两端连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置有一个连续激光器；

所述连续激光器与每一个微腔组件中的分束器连接。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述基于回音壁微腔的光学相干计算装置中设置有多个连续激光器；每一个连续激光器分别对应一个微腔组件；

每一个连续激光器与对应的微腔组件中的分束器连接。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述耦合器为：棱镜、拉锥光纤或波导。

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