CN117434998A - 计算系统及处理光子计算结果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光子计算领域，其提供了计算系统及处理光子计算结果的方法，该方法包括产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对所述第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；将所述所述第一计算的理论数学结果与所述第二光信号建立对应关系；存储所述理论数学结果以及其对应的第二光信号的参数。

Description

计算系统及处理光子计算结果的方法
技术领域
本发明涉及计算领域，更为具体而言，涉及计算系统及处理光子计算结果的方法。
背景技术
光子计算中，在光子域完成至少一部分计算，根据获得的输出信号而获知计算的数学结果。本发明人发现，在实际的光子计算系统中，光子计算器件的制造可能存在误差，或者实际的输出信号与设计存在不符，或者输出结果与输入具有较为复杂的关系，从而，在计算结果输出时，输出的信号可能与预想的信号有所偏差，或较难精确预知输出信号。
发明内容
在一个示例性的实施方式中，提供一种处理光子计算结果的方法，包括：产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对所述第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；将所述第一计算的理论数学结果与所述第二光信号建立对应关系；存储所述理论数学结果以及其对应的第二光信号的参数。
在一些实施方式中，所述产生第一光信号，包括：对初始光信号进行调制，产生所述第一光信号。
在一些实施方式中，所述第一计算包括乘法计算、加法计算中的至少一种。
在一些实施方式中，所述第一计算包括先进行乘法计算、后进行加法计算。
在一些实施方式中，所述第一数据包括多个输入值。
在一些实施方式中，所述第二光信号的参数包括光的强度、偏振、相位的至少一种。
在一个示例性的实施方式中，一种处理光子计算结果的，包括产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；将所述第二光信号转换为第二电信号；将所述第一计算的理论数学结果与所述第二电信号建立对应关系；存储所述理论数学结果以及其对应的第二电信号的参数。
在一些实施方式中，所述第二电信号的参数包括电压、电流的至少一种。
在一个示例性的实施方式中，一种方法，包括：产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对第一光信号在光子域进行计算，得到第二光信号；所述第二光信号经过光电转换后，在电子域进行第二计算，得到所述第二计算的理论数学结果的电信号；存储所述理论数学结果以及其对应的电信号的参数。
在一些实施方式中，所述第一计算包括乘法计算。
在一些实施方式中，所述第二计算包括加法计算。
在一个示例性的实施方式中，提出了一种计算系统，包括：光编码单元，被配置为根据第一数据编码产生第一光信号；光子计算单元，被配置为对第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二信号；存储单元，被配置为存储所述第一计算的理论数学结果以及其对应的第二信号的参数。
在一些实施方式中，所述第二信号是第二光信号。
在一些实施方式中，所述第二信号是第二电信号，其由第一计算得到的第二光信号经过光电转换获得。
在一些实施方式中，所述光子计算单元包括光电转换单元，用于将所述第二光信号转换为第二电信号。
在一个示例性的实施方式中，一种计算系统，包括：光编码单元，被配置为根据第一数据编码产生第一光信号；光子计算单元，被配置为对第一光信号在光子域进行第一计算，并且得到表示计算结果的第二信号；电子计算单元，被配置为获得第二信号，并且基于第二信号在电子域进行第二计算，得到表示所述第二计算的计算结果的电信号；存储单元，被配置为存储所述理论数学结果以及其对应的电信号的参数。
在一些实施方式中，所述第二信号为第二光信号，所述电子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述第二光信号转换为电信号，以在电子域进行所述第二计算。
在一些实施方式中，所述第二信号为第二电信号，所述光子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述在光子域进行第一计算的光学结果进行光电转换，得到第二电信号，以在电子域进行所述第二计算。
在一些实施方式中，光电转换单元包括光电二极管。
在一些实施方式中，所述理论数学结果对应的所述电信号的参数选自电流参数、电压参数。
本发明在包含光子计算的场景中，提出了建立理论数学结果与实际输出信号的对应关系，使得在具体实际计算时，可以通过这一对应关系，根据输出信号而获得或解读出其所表示是真实数值，还可以用于分析光子计算设备制造的误差，或研究光子计算设备的输入输出特性等。
本发明实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。
附图说明
图1示出了一种处理光子计算结果的方法。
图2示出了一个实施方式中计算系统的示意图。
图3a、图3b示出了一个实施方式中计算系统的示意图。
图4示出了一个实施方式中计算系统的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明技术方案的各个方面、特征以及优点，下面结合附图对本发明进行具体描述。应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本发明的保护范围。
本公开中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本公开中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本公开中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合，并且短语“A和B中的至少一个”是指仅A、仅B、或A和B两者。在本公开中，芯片可以包括裸芯片(die)。在本公开中，一个实施例的特征也可被应用并适当地合并作为在本公开中描述的其他实施例的特征。
本发明提供了一种处理光子计算结果的方法，可以使得光子计算输出信号的参数与理论结果建立对应关系，存储它们的对应关系，从而优化光子计算。在需要进行计算时，根据该对应关系，即可得知输出信号的对应结果(数学含义)。
如图1，提供了一种方法，包括：
S100产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；
S200对所述第一光信号在光子域(photonic domain)进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；
S300将所述第一计算的理论数学结果与所述第二光信号建立对应关系；
S400存储所述理论数学结果以及其对应的第二光信号的参数。
对第一光信号在光子域进行计算，可以在光子计算系统中进行，更具体的，可以在光子计算单元中进行。其中，光子计算系统可以包括：光子计算单元，被配置为接收第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；所述光子计算单元可对第一光信号在光子域进行计算。示例性的光子计算单元可包括权重模块(又称乘法模块)，所述权重模块可被设置为表示第二数据。光子计算单元还可包括加法模块，例如，可以在光子域完成加法运算。
在一些实施例中，可以具有多个第一光信号，从而表示待计算的多个第一数据，例如，该多个第一光信号可以表示向量的多个元素，而多个权重模块则可分别表示矩阵的多个元素，从而完成向量与矩阵的乘法计算，可以具有多个光信号输出。
在示例性的实施例中，光子计算系统还可以包括在电子域进行的计算。示例性的，光子计算系统可以在光子域进行乘法计算，而在电子域进行加法运算。
图2示出了一种计算系统100，其包括用于在光子域进行计算的部分，更具体的，其是一种光子计算系统，具体包括光编码单元110，以及光子计算单元130。
在步骤S100中，可通过光编码单元110可对初始光信号进行编码，例如，根据第一数据对初始光信号进行编码，使其成为代表第一数据的第一光信号，从而产生第一光信号。
在步骤S200中，可通过光子计算单元130执行光子计算。光子计算单元130可以根据光编码单元110的第一光信号在光子域(photonic domain)进行计算，即以光信号代表数据信息进行数学计算。光子计算单元130可以用光信号执行例如乘法计算、加法计算，矩阵与向量的计算等。
在步骤S300中，示例性的，第一计算为乘法计算，第一数据包含待计算输入数值为x＝5，权重模块(乘法模块)对应另一个乘数y＝3，那么第一计算的理论数学结果应该是z＝3×5＝15。第一光信号表示第一数据x＝5，光子计算单元中的权重模块被设置为3，例如，可以通过电信号设置该权重模块为3，通过权重模块在光子域中执行光计算后，输出第二光信号，可以获得第二光信号的参数，例如光的强度参数，进而建立该第二光信号的参数与理论数学结果15的对应关系。
在步骤S400中，可通过存储单元存储理论数学结果，例如，理论数学结果是15，对应的光信号参数是强度P0，存储15以及对应的P0。由此，可以建立并存储计算后的输出信号与其表示的准确值即理论数学结果的的对应关系。在后续进行计算时，可以根据输出信号以及该对应关系，还原出输出信号对应的数值。在一些实施方式中，光信号的参数可以是强度、相位、频率等参数特征。上述光信号的参数可以通过光电转换单元，将光信号转换成电信号进行测量获得。
示例性的，所述第一计算包括乘法计算、加法计算中的至少一种。
示例性的，所述第一计算包括先进行乘法计算、后进行加法计算。
在一些实施方式中，在一些实施方式中，所述第一数据包括多个输入值。根据计算的需求，第一光信号可以是一路或多路光信号，第一数据可以是一个或多个数值，第二光信号也可以是一路或多路光信号。
在一些实施方式中，所述第二光信号的参数包括光的强度、偏振、相位的至少一种。
在一些实施方式中，计算系统可以包括复制单元。
例如，图3a示出了一种计算系统100，其包括用于在光子域进行计算的部分，是一种光子计算系统，具体包括光编码单元110，复制单元120，以及光子计算单元130。
示例性的，光编码单元可包括多个调制器，调制器可根据数据对光进行编码，图3b示出了光编码单元中的调制器101a、101b。光编码单元光学连接复制单元，复制单元可包括一个或多个复制模块，复制模块示例性的包括分束器，可将输入复制模块的光分成两束或者更多束的光，即进行“复制”操作，从而产生光副本，所述光副本可以作为第一光信号，图3b示出了一个复制单元中的复制模块102a、102b。计算系统还包括光子计算单元，被配置为接收第一光信号，所述第一光信号对应表示第一数据。所述光子计算单元包括多个权重模块，其中，权重模块又可称为乘法模块。示例性的如图3b中的权重模块103a、103b、103c、103d、103e、103f所述权重模块可以对应一个数值，并用于实现所述1个光信号对应的1个数值与1个权重模块对应的1个数值的乘法运算。示例性的，权重模块所代表的数值可以通过电信号改变。复制模块的输出信号不一定具有与输入信号相同的幅度。举例来说，例如采用光分束器(光功率分离器)在两个输出信号之间均匀地分离输入信号功率，则两个输出信号中的每一个将具有等于或小于输入信号功率的50％的功率。
在一些情况下，复制模块或者光编码单元是可以省略的，承载有数据的光信号可以直接通过一些光学端口输入光子计算单元；另外，光编码单元输出的光信号也可以直接输入光子计算单元。在一些实施方式中，可以采用光子集成电路实现光计算单元，例如，在光子集成电路芯片中包括光计算单元，通过光子集成电路芯片上的光学端口，例如光栅耦合器、端面耦合器实现光信号的输入、输出。
光编码单元可以对光进行编码，使得光信号代表数值。经编码后的光信号可以输入光子计算单元，以作为计算的数据来源。例如，光编码单元可以对n个数值进行编码，产生对应的n个光信号。示例性的，光子计算单元包括多个权重模块，n个光信号可以被分别输入其中对应的n个权重模块，以进行计算。光编码单元可以包括例如多个调制器，基于代表数值的电信号而对光进行调制，从而编码产生初始光信号。在光子计算系统中，除了上述光子计算单元，可以包括其它光子计算单元，例如第二光子计算单元，第三光子计算单元，不同的光子计算单元中的计算模块可以不同，实现的功能也可以不同。
光子计算单元除了包括上述多个权重模块(用于设置为与多个数值对应)，也可以包括其它能实现光子计算的结构或者光子计算模块，例如采用MZI(Mach Zehnderinterferometer,马赫-曾德尔干涉仪)进行计算的光子计算模块。
在一个示例性的实施方式中，提供一种方法，包括：产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；将所述第二光信号转换为第二电信号；将所述第一计算的理论数学结果与所述第二电信号建立对应关系；存储所述理论数学结果以及其对应的第二电信号的参数。
在一些实施方式中，第二电信号的参数可以是电压、电流等参数。第二电信号可以通过光电转换单元对第二光信号进行转换而得到。在一些情况下，较难直接获得光信号的参数，而通过存储光电转换后的第二电信号的参数，可以更容易实现。
在一些实施方式中，计算系统可包括电子计算单元。
例如，图4中，相比于图3a的实施例，计算系统100还可包括电子计算单元140。在图4中，计算系统一种计算系统，包括：光编码单元110，被配置为根据第一数据编码产生第一光信号；光子计算单元130，被配置为对第一光信号在光子域进行第一计算，并且得到表示计算结果的第二信号；电子计算单元140，被配置为获得第二信号，并且基于第二信号在电子域进行第二计算，得到表示所述第二计算的理论数学结果的电信号。可选的，计算系统100还可包括复制单元120。
在一些实施方式中，所述第二信号为第二光信号，所述电子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述第二光信号转换为电信号，以在电子域进行所述第二计算。
在一些实施方式中，所述第二信号为第二电信号，所述光子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述在光子域进行第一计算的光学结果进行光电转换，得到第二电信号，以在电子域进行所述第二计算。
在一些实施方式中，光电转换单元包括光电二极管。
在一些实施方式中，所述理论数学结果对应的所述电信号的参数选自电流参数、电压参数。
在一个示例性的实施方式中，提供一种方法，包括：产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；对所述第一光信号在光子域进行计算，得到第二光信号；所述第二光信号经过光电转换后，在电子域进行第二计算，得到所述第二计算的理论数学结果的电信号；存储所述理论数学结果以及其对应的电信号的参数。
在一些实施方式中，所述第一计算包括乘法计算。
在一些实施方式中，所述第二计算包括加法计算。
本领技术人员应当理解，以上所公开的仅为本发明的实施方式而已，当然不能以此来限定本发明请求专利保护的权利范围，依本发明实施方式所作的等同变化，仍属本发明之权利要求所涵盖的范围。

Claims (18)

1.一种处理光子计算结果的方法，包括：
产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；
对所述第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；
将所述第一计算的理论数学结果与所述第二光信号建立对应关系；
存储所述理论数学结果以及其对应的第二光信号的参数。
2.一种处理光子计算结果的方法，包括：
产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；
对第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二光信号；
将所述第二光信号转换为第二电信号；
将所述第一计算的理论数学结果与所述第二电信号建立对应关系；
存储所述理论数学结果以及其对应的第二电信号的参数。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述产生第一光信号，包括：对初始光信号进行调制，产生所述第一光信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一计算包括乘法计算、加法计算中的至少一种。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一计算包括先进行乘法计算、后进行加法计算。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一数据包括多个输入值。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二光信号的参数包括光的强度、偏振、相位的至少一种。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二电信号的参数包括电压参数、电流参数中的至少一种。
9.一种计算系统，包括：
光编码单元，被配置为根据第一数据编码产生第一光信号；
光子计算单元，被配置为对第一光信号在光子域进行第一计算，得到表示计算结果的第二信号；
存储单元，被配置为存储所述第一计算的理论数学结果以及其对应的第二信号的参数。
10.如权利要求9所述的计算系统，其中，所述第二信号是第二光信号。
11.如权利要求9所述的计算系统，其中，所述第二信号是第二电信号，其由所述第一计算得到的第二光信号经过光电转换获得。
12.如权利要求11所述的计算系统，其中，所述光子计算单元包括光电转换单元，用于将所述第二光信号转换为第二电信号。
13.一种计算系统，包括：
光编码单元，被配置为根据第一数据编码产生第一光信号；
光子计算单元，被配置为对第一光信号在光子域进行第一计算，并且得到表示计算结果的第二信号；
电子计算单元，被配置为获得第二信号，并且基于第二信号在电子域进行第二计算，得到表示所述第二计算的计算结果的电信号；
存储单元，被配置为存储所述第二计算的理论数学结果以及其对应的所述电信号的参数。
14.如权利要求13所述的计算系统，其中，所述第二信号为第二光信号，所述电子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述第二光信号转换为电信号，以在电子域进行所述第二计算。
15.如权利要求13所述的计算系统，其中，所述第二信号为第二电信号，所述光子计算单元包括光电转换单元，被配置为将所述在光子域进行第一计算的光学结果进行光电转换，得到第二电信号，以在电子域进行所述第二计算。
16.如权利要求14或15所述的计算系统，其中，光电转换单元包括光电二极管。
17.如权利要求14所述的计算系统，其中，所述理论数学结果对应的所述电信号的参数选自电流参数、电压参数。
18.一种处理光子计算结果的方法，包括：
产生第一光信号，所述第一光信号表示第一数据；
对所述第一光信号在光子域进行计算，得到第二光信号；
所述第二光信号经过光电转换后，在电子域进行第二计算，得到所述第二计算的理论数学结果的电信号；
存储所述理论数学结果以及其对应的电信号的参数。
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