JP2018147227A - Calculation device for ising model - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はイジングモデルを光パルスにより擬似的にシミュレーションしたイジングモデルの計算装置に関する。 The present invention relates to an Ising model calculation apparatus that simulates an Ising model by light pulses in a pseudo manner.
従来から知られているノイマン型のコンピュータでは、ＮＰ完全問題に分類される組合せ最適化問題を効率よく解くことができない。組合せ最適化問題を解く手法として、磁性材料を格子点の各サイトに配置されたスピンの相互作用として統計力学的に解析した格子模型であるイジングモデルを用いた手法が提案されている。 Conventionally known Neumann computers cannot efficiently solve combinatorial optimization problems classified as NP complete problems. As a technique for solving the combinatorial optimization problem, a technique using an Ising model, which is a lattice model obtained by statistically analyzing a magnetic material as an interaction of spins arranged at each site of a lattice point, has been proposed.
イジングモデルの系のエネルギー関数であるハミルトニアンＨは、以下の式（１）に示す通り表わされることが知られている。 It is known that the Hamiltonian H, which is the energy function of the Ising model system, is expressed as shown in the following equation (1).
ここで、Ｊｉｊは結合定数であり、イジングモデルを構成する各サイトの相互関係を示している。σｉ、σｊは各サイトのスピンを表しており、１または−１の値をとる。 Here, Jij is a coupling constant, and indicates the mutual relationship between the sites constituting the Ising model. σi and σj represent the spin of each site and take a value of 1 or −1.
イジングモデルを用いて組合せ最適化問題を解く場合は、上記のイジングモデルのハミルトニアンにおいて、各サイトの相関関係であるＪｉｊを与えたときに、系が安定状態となってエネルギーＨの値が一番小さくなるσｉ、σｊを求めることにより、最適解が得られる。近年では、光パルスを利用して、こうしたイジングモデルを擬似的にシミュレーションすることにより、ＮＰ完全問題などの組合せ最適化問題を解くことができる計算装置が注目されている（特許文献１）。 When solving the combinatorial optimization problem using the Ising model, the system becomes stable and the value of the energy H is the highest when Jij, which is the correlation of each site, is given in the Hamiltonian of the above Ising model. An optimum solution can be obtained by obtaining σi and σj that are small. In recent years, attention has been paid to a computing device that can solve a combinatorial optimization problem such as an NP complete problem by simulating such an Ising model using an optical pulse (Patent Document 1).
図１は、イジングモデルの計算装置の基本構成を示す図である。イジングモデルの計算装置は、図１に示すように、リング共振器１として機能するリング状の光ファイバ内に設けられたＰＳＡ（位相感応増幅器：Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２に対して、ポンプ光パルス（ｐｕｍｐ）を注入することによりイジングモデルのサイト数に対応する数の光パルスの列を生成するように構成している（２値化ＯＰＯ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ：０またはπ位相の光パラメトリック発振）。リング共振器１に入力された光パルス列が１周して再びＰＳＡ２に到達すると、再びＰＳＡ２にポンプ光が入力されることにより光パルス列が増幅される。最初のポンプ光の注入により発生する光パルス列は位相が定まらない微弱なパルスであり、リング共振器１内を周回するたびにＰＳＡ２で増幅されることによって、次第にその位相状態が定まる。ＰＳＡ２は各光パルスをポンプ光の位相に対し０またはπの位相のみを増幅するので、これらのいずれかの位相状態に定まることになる。 FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of an Ising model calculation apparatus. As shown in FIG. 1, the Ising model calculation device uses a pump optical pulse (phase sensitive amplifier) 2 for a PSA (phase sensitive amplifier) 2 provided in a ring-shaped optical fiber functioning as a ring resonator 1. The number of optical pulse trains corresponding to the number of sites in the Ising model is generated by injecting pumps (binary OPO: Optical Parametric Oscillation: optical parametric oscillation of 0 or π phase). When the optical pulse train input to the ring resonator 1 makes one round and reaches the PSA 2 again, the pump pulse is input to the PSA 2 again to amplify the optical pulse train. The optical pulse train generated by the injection of the first pump light is a weak pulse whose phase is not determined, and the phase state is gradually determined by being amplified by the PSA 2 every time it circulates in the ring resonator 1. Since the PSA 2 amplifies each optical pulse by only the phase of 0 or π with respect to the phase of the pump light, it is determined to be in any one of these phase states.
イジングモデルの計算装置では、イジングモデルにおけるスピンの１、−１を、光パルスのポンプパルスに対する相対位相０、πに対応させて実装している。光パルスの周回ごとに、リング共振器１外部の測定部３で光パルス列の位相および振幅の測定を行ない、その測定結果を、予め結合係数Ｊｉｊを与えた演算器４に入力して、これらを用いてｉ番目のパルスに対する結合信号（フィードバック入力する信号） In the Ising model calculation apparatus, 1 and −1 of the spin in the Ising model are mounted so as to correspond to the relative phases 0 and π of the optical pulse with respect to the pump pulse. At each round of the optical pulse, the measurement unit 3 outside the ring resonator 1 measures the phase and amplitude of the optical pulse train, and inputs the measurement results to the arithmetic unit 4 to which the coupling coefficient Jij is given in advance. Use combined signal for i-th pulse (signal to input feedback)
（ｃｊ：ｊ番目のサイトの光パルスの振幅）を演算する。さらに、外部光パルス入力部５により演算した結合信号に応じた外部光パルスを生成してリング共振器１内に入力するフィードバックループ制御により、光パルス列を構成する各光パルス間で位相に相関関係を付与することができる。 (Cj: the amplitude of the light pulse at the j-th site) is calculated. Further, the phase relationship between the optical pulses constituting the optical pulse train is generated by feedback loop control in which an external optical pulse corresponding to the coupling signal calculated by the external optical pulse input unit 5 is generated and input to the ring resonator 1. Can be granted.
イジングモデルの計算装置では、上記の相関関係を付与しながら光パルス列をリング共振器１内で周回増幅させて、安定状態となったときの光パルス列を構成する各光パルスの位相０、πを測定することにより、イジングモデルの解を求めることができる。 In the Ising model calculation device, the optical pulse train is cyclically amplified in the ring resonator 1 while giving the above correlation, and the phases 0 and π of the optical pulses constituting the optical pulse train when the optical pulse train becomes stable are obtained. By measuring, the solution of the Ising model can be obtained.
イジングモデルの計算装置で使用するＰＳＡ２は、通常、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）などの２次の非線形光学結晶を用いて構成されている。かかる２次の非線形光学結晶においては、１つのポンプ光とシグナル光およびアイドラ光による３光波混合過程を経ることで光パルス列を発生・増幅させることが知られている。 The PSA 2 used in the Ising model calculation apparatus is usually configured using a second-order nonlinear optical crystal such as PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate). In such a second-order nonlinear optical crystal, it is known that an optical pulse train is generated and amplified through a three-wave mixing process using one pump light, signal light, and idler light.
３光波混合過程を利用したＰＳＡ２では、周波数ωを有する局部発振光（ＬＯ光）を第２高調波発生器により２倍波である周波数２ωに変換した光が、ポンプ光として入力される。最初にポンプ光が入力されると、光パラメトリック過程によりＬＯ光と同じ周波数ωの位相の定まらない微弱な光パルスを発生する。さらに、ＰＳＡ２では、リング共振器１内を周回伝搬した光パルスが再び入力されたときに、この光パルスに同期した２倍の周波数のポンプ光が入力されると、３光波混合過程により、ポンプ光の位相に対して位相が０またはπの波だけが増幅されることになる。 In PSA2 using a three-wave mixing process, light obtained by converting local oscillation light (LO light) having a frequency ω to a frequency 2ω that is a second harmonic by a second harmonic generator is input as pump light. When pump light is first input, a weak light pulse having the same frequency ω as that of LO light but having an undefined phase is generated by an optical parametric process. Further, in the PSA 2, when an optical pulse propagated in the ring resonator 1 is input again, when a pump light having a double frequency synchronized with the optical pulse is input, the pump is pumped by a three-wave mixing process. Only the wave whose phase is 0 or π with respect to the phase of light is amplified.
このように、３光波混合過程を利用したＰＳＡを用いたイジングモデルの計算装置では、ＬＯ光が光パルスと同じ周波数を有している。測定部３では、このＬＯ光を基準光として光パルス列をコヒーレント測定することにより光パルス列の位相と振幅を得ることができる。 As described above, in the Ising model calculation apparatus using the PSA using the three-wave mixing process, the LO light has the same frequency as the optical pulse. The measurement unit 3 can obtain the phase and amplitude of the optical pulse train by coherently measuring the optical pulse train using the LO light as reference light.
またイジングモデルの計算装置では、３次の非線形光学物質である石英ガラスで構成された光ファイバを用いることによって、上記のような３光波混合過程に代えて２つのポンプ光とシグナル光およびアイドラ光による４光波混合過程を利用しても光パルス列の発生・増幅が可能なＰＳＡを構成することができる。４光波混合過程によるＰＳＡを実現させるためには、シグナル光の周波数を２つのポンプ光の周波数の真ん中に配置する必要がある。しかしながら、３光波混合と異なり、ＬＯ光に対応する周波数の光がないため、測定部３におけるコヒーレント測定の際に用いられる基準光を別途用意しなければならない。別途用意した基準光を測定に用いるためには測定対象の光パルス列と正確に位相同期することが必要であるが、この位相同期は容易ではない。 In addition, the Ising model calculation apparatus uses an optical fiber made of quartz glass, which is a third-order nonlinear optical material, so that two pump lights, signal light, and idler light can be used instead of the above three-wave mixing process. A PSA capable of generating and amplifying an optical pulse train can be configured even when the four-wave mixing process of FIG. In order to realize the PSA by the four-wave mixing process, it is necessary to arrange the frequency of the signal light in the middle of the frequencies of the two pump lights. However, unlike the three-wave mixing, since there is no light having a frequency corresponding to the LO light, a reference light to be used for coherent measurement in the measurement unit 3 must be prepared separately. In order to use separately prepared reference light for measurement, it is necessary to accurately synchronize the phase with the optical pulse train to be measured, but this phase synchronization is not easy.
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、簡易な構成で高精度な計算結果を得ることができる、４光波混合過程を利用したＰＳＡを用いたイジングモデルの計算装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an Ising model using a PSA using a four-wave mixing process that can obtain a highly accurate calculation result with a simple configuration. It is to provide a computing device.
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、イジングモデルの複数のスピンに擬似的に対応し、同一の発振周波数を有する複数の光パルスを０またはπの位相でパラメトリック発振させる、サニャックループで構成された位相感応増幅器と、前記位相感応増幅器からの前記複数の光パルスを伝搬させ再び前記位相感応増幅器に入力する光共振器と、前記複数の光パルスが前記光共振器を伝搬するたびに、前記複数の光パルスの位相および振幅を測定する、光パルス測定部と、前記光パルス測定部において測定した光パルスの位相および振幅を入力として、前記イジングモデルの結合係数と前記測定した光パルスとから決定される、ある光パルスに関わる相互作用を算出する、相互作用計算部と、前記相互作用計算部において算出された相互作用に基づいて、前記光共振器内を伝搬する前記複数の光パルスに対して重ね合わされる光パルスの位相および振幅を設定することにより、前記ある光パルスに関わる相互作用を実装する相互作用実装部と、を備え、前記光パルス測定部は、前記光パルス測定部と、前記相互作用計算部と、前記相互作用実装部により構成されるフィードバックループによる制御が繰り返される過程で、前記複数の光パルスが安定状態に到達した後に測定した前記複数の光パルスの位相を、イジングモデルのスピンに変換することにより、イジングモデルのスピンの値を得ることを特徴とするイジングモデルの計算装置である。 In order to solve the above-described problem, the invention described in one embodiment is a parametric oscillation of a plurality of optical pulses corresponding to a plurality of spins of the Ising model and having the same oscillation frequency with a phase of 0 or π. A phase sensitive amplifier composed of a Sagnac loop, an optical resonator that propagates the plurality of optical pulses from the phase sensitive amplifier and inputs them again to the phase sensitive amplifier, and the plurality of optical pulses are the optical resonator An optical pulse measuring unit that measures the phase and amplitude of each of the plurality of optical pulses, and the phase and amplitude of the optical pulse measured in the optical pulse measuring unit as inputs, and the coupling coefficient of the Ising model An interaction calculation unit that calculates an interaction related to a certain light pulse, determined from the measured light pulse, and a calculation in the interaction calculation unit. By implementing the phase and amplitude of the optical pulse superimposed on the plurality of optical pulses propagating in the optical resonator based on the interaction, the interaction related to the certain optical pulse is implemented. An interaction implementation unit, wherein the optical pulse measurement unit is a process in which control by a feedback loop configured by the optical pulse measurement unit, the interaction calculation unit, and the interaction implementation unit is repeated, An Ising model calculation device characterized in that the Ising model spin value is obtained by converting the phases of the plurality of optical pulses measured after the plurality of optical pulses reach a stable state into Ising model spins. It is.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明のイジングモデルの計算装置では、次式（１）のハミルトニアンで表されるイジングモデルのスピン方向σｉ、σｊ（±１）を光パルスの位相（例えば０、π）に置き換える（擬似的にシミュレーションする）ことにより、イジングモデルにマッピングされた問題を計算することができる。 In the Ising model calculation apparatus according to the present invention, the spin directions σi and σj (± 1) of the Ising model represented by the Hamiltonian of the following equation (1) are replaced with the phase (for example, 0, π) of the optical pulse (in a pseudo manner). The problem mapped to the Ising model can be calculated.
図２は本実施形態のイジングモデルの計算装置の概略構成を示す図である。図２において、イジングモデルの計算装置は、リング状の光ファイバで構成されたリング共振器１と、リング共振器１内に設けられた、ＰＳＡ（位相感応増幅器：Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０と、リング共振器１から分岐された、フィードバックループを構成する、測定部３と演算器４１と外部光パルス入力部５１と光フィルタ６とを備えている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the Ising model calculation apparatus according to the present embodiment. In FIG. 2, the Ising model calculation apparatus includes a ring resonator 1 composed of a ring-shaped optical fiber, a PSA (Phase Sensitive Amplifier) 20 provided in the ring resonator 1, a ring A measurement unit 3, a computing unit 41, an external optical pulse input unit 51, and an optical filter 6 that constitute a feedback loop branched from the resonator 1 are provided.
ＰＳＡ２０は、イジングモデルの複数のスピンに擬似的に対応し、同一の発振周波数を有する複数の光パルスの列（光パルス列）をポンプ光の位相に対して０またはπの位相で発生・増幅させる。 The PSA 20 artificially corresponds to a plurality of spins of the Ising model, and generates and amplifies a plurality of optical pulse trains (optical pulse trains) having the same oscillation frequency at a phase of 0 or π with respect to the phase of the pump light. .
ＰＳＡ２０は、３次の非線形ファイバ２１およびビームスプリッタ型の光カプラ２２により形成されたサニャックループの一端（入力側）にポンプ光源が接続され、他端（出力側）にサーキュレータ２３が設けられて構成される。 The PSA 20 has a configuration in which a pump light source is connected to one end (input side) of a Sagnac loop formed by a third-order nonlinear fiber 21 and a beam splitter type optical coupler 22, and a circulator 23 is provided at the other end (output side). Is done.
３次の非線形ファイバ２１と光カプラ２２とで形成されたサニャックループに同一周波数の２つのポンプ光が入力されると、自然放出光として微弱な雑音光パルスを発生する。また、リング共振器１を周回伝搬した光パルスが再びＰＳＡ２０に入力されたときに、光パルスと同期して２つのポンプ光が入力されると、周回伝搬した光パルスをシグナル光として４光波混合過程によりアイドラ光が発生する。本実施形態のＰＳＡ２０では、２つのポンプ光の周波数を同じ周波数とするから、実質的に一つのポンプ光を利用することにより、ポンプ光の周波数を光パルス列の周波数と同じとすることができる。ポンプ光の周波数を光パルス列の周波数と同じにすることによって、ポンプ光と同じ光源の光を、測定器３における測定の基準光として利用したり、外部パルス入力部５１における外部パルスとして利用することができる。 When two pump lights having the same frequency are input to the Sagnac loop formed by the third-order nonlinear fiber 21 and the optical coupler 22, a weak noise light pulse is generated as spontaneous emission light. Further, when the optical pulse propagated around the ring resonator 1 is input to the PSA 20 again and two pump lights are input in synchronization with the optical pulse, the four-wave mixing is performed using the propagated optical pulse as signal light. Depending on the process, idler light is generated. In the PSA 20 according to the present embodiment, the frequencies of the two pump lights are set to the same frequency, so that the frequency of the pump light can be made the same as the frequency of the optical pulse train by using substantially one pump light. By making the frequency of the pump light the same as the frequency of the optical pulse train, the light from the same light source as the pump light can be used as a reference light for measurement in the measuring device 3 or as an external pulse in the external pulse input unit 51. Can do.
具体的にはＰＳＡ２０では、リング共振器１内を周回伝搬した光パルスが再び入力されたとき、かかる光パルスが周波数ωｓシグナル光 Specifically, in the PSA 20, when the optical pulse propagated in the ring resonator 1 is input again, the optical pulse is converted into the frequency ωs signal light.
となり、このシグナル光に完全に位相整合した周波数が同じ（ωｐ）２つのポンプ光 The two pump lights with the same frequency (ωp) that are completely phase matched to this signal light
がさらにＰＳＡ２０に入力されると、３次の非線形光学効果であるＯＰＡ（光パラメトリック増幅）により、シグナル光Ｅｓの位相共役波となるアイドラ光 Is further input to the PSA 20, and idler light that becomes a phase conjugate wave of the signal light Es by OPA (optical parametric amplification) that is a third-order nonlinear optical effect
が発生する。ここで、θｓはポンプ光とシグナル光の初期位相差である。 Will occur. Here, θs is an initial phase difference between the pump light and the signal light.
このとき、光共振器中にポンプ光の光周波数の光を通過する光フィルタ６を入れることで、ポンプ光の周波数ωｐをシグナル光の周波数ωｓと同じにする（ωｐ＝ωｓ）と、シグナル光とアイドラ光の周波数もこれらに一致するため、シグナル光とアイドラ光が縮退した以下の縮退波が出力される。 At this time, if the optical filter 6 that passes light of the optical frequency of the pump light is placed in the optical resonator, the frequency ωp of the pump light is made equal to the frequency ωs of the signal light (ωp = ωs), the signal light The frequency of the idler light and the frequency of the idler light coincide with each other.
この出力される縮退波は、位相共役の関係にあるシグナル光とアイドラ光との重ね合わせとなり、その振幅がｃｏｓθｓに比例するため、位相差θｓが０またはπの波が効率よく増幅されることになる。こうして、ＰＳＡ２０では微弱な光パルスのうち、θｓがポンプ光源（厳密にはポンプ光パルス生成に用いる局発光）０またはπの成分が効率よく増幅されることになる。 The output degenerate wave is a superposition of the signal light and idler light in a phase conjugate relationship, and the amplitude is proportional to cos θs, so that a wave having a phase difference θs of 0 or π is efficiently amplified. become. Thus, in the PSA 20, among the weak light pulses, the component of θs that is 0 or π of the pump light source (strictly, local light used for generating the pump light pulse) is efficiently amplified.
ＰＳＡ２０で発生したシグナル光およびアイドラ光は、光カプラ２２においてサーキュレータ２３側に分岐され、入力されたポンプ光は、光カプラ２２においてポンプ光が入力された側に出力される。図３はサニャックループを構成する光カプラ２２でのポンプ光の分岐について説明する図である。 The signal light and idler light generated by the PSA 20 are branched to the circulator 23 side in the optical coupler 22, and the input pump light is output to the side where the pump light is input in the optical coupler 22. FIG. 3 is a diagram for explaining branching of pump light in the optical coupler 22 constituting the Sagnac loop.
図３において、サニャックループのポート１はポンプ光が３次の非線形媒質２１で構成されるループに入出力されるポートであり、サニャックループのポート２はリング共振器１に接続されるポートである。 In FIG. 3, port 1 of the Sagnac loop is a port through which pump light is input / output to a loop composed of a third-order nonlinear medium 21, and port 2 of the Sagnac loop is a port connected to the ring resonator 1. .
サニャックループを構成する光カプラ２２の分岐特性を示す行列は、以下の式（２）に示される。 A matrix indicating the branching characteristics of the optical coupler 22 constituting the Sagnac loop is represented by the following formula (2).
式（２）から明らかなように、光カプラ２２において反射するポンプ光は位相がπ／２変化する。入力するポンプ光の光振幅をＥｐ、波数をβ、初期位相を０とすると、光カプラ２２で分岐された２つのポンプ光の光振幅Ｅｐ１、Ｅｐ２と、分岐された後にループを互いに逆向きで伝搬して光カプラ２２に再び戻ってきたポンプ光の光振幅Ｅｐ３、Ｅｐ４の電界は以下の通りに表される。 As apparent from the equation (2), the phase of the pump light reflected by the optical coupler 22 changes by π / 2. When the optical amplitude of the pump light to be input is Ep, the wave number is β, and the initial phase is 0, the optical amplitudes Ep1 and Ep2 of the two pump lights branched by the optical coupler 22 and the loops after being branched are opposite to each other. The electric fields of the optical amplitudes Ep3 and Ep4 of the pump light that propagates and returns to the optical coupler 22 are expressed as follows.
よって、サニャックループの２出力Ｅｏｕｔ１、Ｅｏｕｔ２は以下に示すとおりになる。 Therefore, the two outputs Eout1 and Eout2 of the Sagnac loop are as follows.
このように、ポンプ光は全て入力したポート１に反射され、ポート２からは原理的には出力されない。 Thus, all the pump light is reflected by the input port 1 and is not output from the port 2 in principle.
一方、縮退光パラメトリック発振におけるシグナル光は、図中の３次元非線形媒質２１から確率的に発生する自然放出光雑音が種となり発振する。ポンプ光を入力した直後において、ループを右回りに周回するポンプ光により発生した雑音光（シグナル光およびアイドラ光）と、左回りに周回するポンプ光により発生した雑音光は干渉しないので、雑音光はポート１とポート２の両方から出力される。 On the other hand, the signal light in the degenerate optical parametric oscillation oscillates with the spontaneous emission light noise generated stochastically from the three-dimensional nonlinear medium 21 in the figure as a seed. Immediately after the pump light is input, the noise light (signal light and idler light) generated by the pump light that circulates clockwise in the loop does not interfere with the noise light generated by the pump light that circulates counterclockwise. Are output from both port 1 and port 2.
よって、光パラメトリック発振においては、ポンプ光入力をＯＮした直後に発生した雑音のうち、ポート２から出力した雑音が種となり、サニャックループとリング光共振器１を伝搬する間に繰り返し位相感応増幅器２０による増幅を経験することにより、縮退光パラメトリック発振する。 Therefore, in the optical parametric oscillation, among the noises generated immediately after the pump light input is turned on, the noise output from the port 2 becomes a seed and repeatedly propagates through the Sagnac loop and the ring optical resonator 1 during the phase sensitive amplifier 20. By experiencing amplification by the degenerate optical parametric oscillation.
ＰＳＡ２０を構成するサニャックループの出力側に設けられたサーキュレータ２３は、サニャックループからの光をリング共振器１の一端に入力し、リング共振器１の他端からの光をサニャックループ（ＰＳＡ２０）に入力する。 The circulator 23 provided on the output side of the Sagnac loop constituting the PSA 20 inputs light from the Sagnac loop to one end of the ring resonator 1 and transmits light from the other end of the ring resonator 1 to the Sagnac loop (PSA 20). input.
リング共振器１は、ＰＳＡ２０で発生した複数の光パルス（光パルス列）を周回伝搬させる。リング共振器１は、リング状の光ファイバで構成することができ、その光ファイバの長さとサニャックループの長さの和は、（光パルス列を構成するパルスの数）×（パルス間隔）とフィードバック処理にかかる時間分の長さを加えたものに設定される。 The ring resonator 1 propagates a plurality of optical pulses (optical pulse train) generated by the PSA 20 in a circular manner. The ring resonator 1 can be composed of a ring-shaped optical fiber, and the sum of the length of the optical fiber and the length of the Sagnac loop is (feedback pulse number) × (pulse interval) and feedback. It is set to the length of time required for processing.
測定部３は、複数の光パルス（光パルス列）がリング共振器１を周回伝搬するたびに（１周回毎に）、その複数の光パルスの位相および振幅を測定する光パルス測定部として機能する。具体的には測定部３は、リング共振器１内を伝搬する光パルス列を分岐して、その振幅を含めた位相状態をコヒーレント測定する。コヒーレント測定は、バランスドホモダイン検波器を用いて、被測定光として入力される光パルス列の振幅と位相を測定することができる。 The measuring unit 3 functions as an optical pulse measuring unit that measures the phase and amplitude of a plurality of optical pulses each time a plurality of optical pulses (optical pulse train) propagates around the ring resonator 1 (for each cycle). . Specifically, the measurement unit 3 branches an optical pulse train propagating in the ring resonator 1 and performs coherent measurement of the phase state including the amplitude. Coherent measurement can measure the amplitude and phase of an optical pulse train input as light to be measured using a balanced homodyne detector.
図４は、バランスドホモダイン検波器３０の構成例を示す図である。バランスドホモダイン検波器３０は、測定する光パルス列と同じ周波数の位相同期した光を基準光として、光パルス列を構成する光に干渉させて、その振幅と位相状態を測定することができる。バランスドホモダイン検波器３０は、ポート１およびポート２からの光を干渉させてポート３およびポート４に出力するハーフミラー３１と、ポート３から出力される光を検出する第１の光検出器３２とポート４から出力される光を検出する第２の光検出器３３と、第１および第２の光検出器３２、３３の検出結果の差分を演算する差分演算部３４とを有している。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the balanced homodyne detector 30. The balanced homodyne detector 30 can measure the amplitude and phase state of the light that is phase-synchronized with the same frequency as the optical pulse train to be measured, using the reference light as the reference light and interfering with the light constituting the optical pulse train. The balanced homodyne detector 30 includes a half mirror 31 that outputs light to the ports 3 and 4 by causing interference from the ports 1 and 2, and a first photodetector 32 that detects the light output from the port 3. And a second photodetector 33 that detects light output from the port 4 and a difference calculation unit 34 that calculates a difference between detection results of the first and second photodetectors 32 and 33. .
ポート１には被測定光として光パルス列Ｅsｅi(ωt+θ)が入力され、ポート２には、振幅と位相が既知である基準光ＥLoｅiωtが入力される。ポート１から入力された光パルス列は、ハーフミラー３１において、同位相でポート３に向けて透過する成分と、位相がπだけ変化させられてポート４に向けて反射される成分に分岐する。ポート２から入力された基準光は、ハーフミラー３１において、同位相でポート４に向けて透過する成分と、同位相でポート３に向けて反射される成分に分岐する。 An optical pulse train E s e i (ωt + θ) is input to port 1 as light to be measured, and reference light E Lo e iωt having a known amplitude and phase is input to port 2. The optical pulse train input from the port 1 is branched into a component that is transmitted toward the port 3 in the same phase and a component that is reflected toward the port 4 by changing the phase by π in the half mirror 31. In the half mirror 31, the reference light input from the port 2 branches into a component that is transmitted toward the port 4 in the same phase and a component that is reflected toward the port 3 in the same phase.
ポート１から入力された光パルス列の同位相成分とポート２から入力された基準光の同位相成分とが干渉した出力光 Output light in which the in-phase component of the optical pulse train input from port 1 interferes with the in-phase component of the reference light input from port 2
がポート３から出力され、第１の検出器３２では、光強度 Is output from the port 3, and the first detector 32 outputs the light intensity.
を示す電気信号が検出される。 Is detected.
ポート１から入力された光パルス列の逆位相成分とポート２から入力された基準光の同位相成分とが干渉して出力光 Output light due to interference between the opposite phase component of the optical pulse train input from port 1 and the same phase component of the reference light input from port 2
がポート４から出力され、第２の検出器３３では、光強度 Is output from the port 4, and the second detector 33 outputs the light intensity.
で表される電気信号が検出される。 Is detected.
さらに、差分演算部３４では、第１の検出器３２における検出信号と第２の検出器３３における検出信号との差分が演算されて、２ＥLoＥsｃｏｓθが出力される。 Further, the difference calculation unit 34 calculates the difference between the detection signal from the first detector 32 and the detection signal from the second detector 33, and outputs 2E Lo E s cos θ.
したがって、基準光ＥLoｅiωtの振幅ＥLoが既知であるので、測定結果として振幅と位相のｃｏｓ成分（符号のみ）との積±Ｅが得られることとなる。 Therefore, since the amplitude E Lo of the reference light E Lo e iωt is known, the product ± E of the amplitude and the phase cosine component (only the sign) is obtained as a measurement result.
また、振幅と位相のｓｉｎ成分との積を測定するためには、基準光の位相をπ／２ずらしたもので測定することにより得ることができる。双方の測定結果から振幅と位相の双方を求めることができる。ただし、本来は双方の値を測定してフィードバックするべきであるが、先行研究のシミュレーション結果からｃｏｓ成分のみのフィードバックで十分な効果が得られるため、以下ではｃｏｓ成分のみのフィードバックとしている。 Further, in order to measure the product of the amplitude and the sin component of the phase, it can be obtained by measuring the phase of the reference light by shifting the phase by π / 2. Both amplitude and phase can be obtained from both measurement results. However, although both values should be measured and fed back originally, a sufficient effect can be obtained by feedback of only the cos component from the simulation results of the previous research. Therefore, hereinafter, only the cos component is fed back.
測定結果として得られる値は、符号つきアナログ値（±Ｅ）であり、符号（±）が位相を示し、アナログ値（Ｅ）が振幅を示すことになる。バランスドホモダイン検波器において測定のために用いられる基準光としてポンプ光を用いると、測定する光パルス列と同じ周波数で同期させることができる。 The value obtained as a measurement result is a signed analog value (± E), the sign (±) indicates the phase, and the analog value (E) indicates the amplitude. When pump light is used as reference light used for measurement in a balanced homodyne detector, synchronization can be achieved at the same frequency as the optical pulse train to be measured.
図２に戻ると、演算器４１は、測定した光パルスの位相および振幅に関する情報を入力として、イジングモデルにマッピングされた結合係数および他の光パルスの位相および振幅情報に基づいて、光パルスが関わる相互作用を計算する。演算器４１で演算される相互作用は、位相および振幅の特定の成分のみの測定値に基づいて演算される。 Returning to FIG. 2, the computing unit 41 receives information on the phase and amplitude of the measured optical pulse as input, and calculates the optical pulse based on the coupling coefficient mapped to the Ising model and the phase and amplitude information of the other optical pulses. Calculate the interaction involved. The interaction calculated by the calculator 41 is calculated based on measured values of only specific components of phase and amplitude.
具体的には演算器４１は、測定部で測定した光パルス列の振幅と位相に対して、結合係数を与える演算を行なう。演算器４１としては例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いることができる。演算器４１では、以下に示す式（３）に従って演算を行なう。 Specifically, the calculator 41 performs a calculation that gives a coupling coefficient to the amplitude and phase of the optical pulse train measured by the measuring unit. As the computing unit 41, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array) can be used. The computing unit 41 performs computation according to the following equation (3).
上式において、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５はそれぞれ測定部３における各パルスについての測定結果であり、ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５はそれぞれ演算結果として得られる相互作用である。行列の演算パラメータＪ12、Ｊ13、Ｊ14、Ｊ15、・・・・Ｊ53、Ｊ54は、イジングモデルにマッピングされた結合係数であり、解を求めようとする問題に応じて決定される。 In the above equation, c1, c2, c3, c4, and c5 are measurement results for each pulse in the measurement unit 3, respectively, and f1, f2, f3, f4, and f5 are interactions obtained as calculation results. Matrix operation parameters J 12 , J 13 , J 14 , J 15 ,..., J 53 , J 54 are coupling coefficients mapped to the Ising model, and are determined according to the problem to be solved. The
上式に示すように、演算器４１では、測定部３における測定結果を要素とする列ベクトルを生成し、生成した列ベクトルに対して行列を乗算する演算を行ない演算結果として相互作用を得る。なお、ここでは光パルス列を構成する光パルスの数と等しいサイト数が５の場合を例に挙げて説明しているが、サイト数に応じて用いる正方行列の大きさが決まる。正方行列は（サイト数）×（サイト数）の大きさとなる。例えば、サイト数（光パルス列を構成する光パルスの数）をＮとすると、相互作用計算部は、次式（４）に示す行列の演算を行なう。 As shown in the above equation, the computing unit 41 generates a column vector having the measurement result in the measurement unit 3 as an element, performs an operation of multiplying the generated column vector by a matrix, and obtains an interaction as an operation result. Here, the case where the number of sites equal to the number of optical pulses constituting the optical pulse train is 5 is described as an example, but the size of the square matrix used is determined according to the number of sites. The square matrix has a size of (number of sites) × (number of sites). For example, when the number of sites (the number of optical pulses constituting the optical pulse train) is N, the interaction calculation unit performs a matrix calculation represented by the following equation (4).
またＰＳＡ２０のサニャックループでは、理想的にはポンプ光は全て入力側に反射されるが、現実の系では、光カプラ２２のビームスプリッタ反射率が５０％からずれているなどの構成要素の不完全性により、ポンプ光が出力側のリング共振器１に漏れ、これが光パルス列の位相および振幅に影響を及ぼす。この影響は、相互作用がフィードバックされた光パルス列の時間発展を示す次式にも現れる。 In the PSA 20 Sagnac loop, all of the pump light is ideally reflected to the input side, but in the actual system, the incomplete components such as the beam splitter reflectivity of the optical coupler 22 deviate from 50%. Therefore, pump light leaks to the ring resonator 1 on the output side, which affects the phase and amplitude of the optical pulse train. This effect also appears in the following equation showing the time evolution of an optical pulse train whose interaction is fed back.
上式は、非特許文献１に示される式に、ポンプ光の漏れによる影響を考慮に入れたものである。において、Ｃｉ、Ｓｉはそれぞれ光パルス列の規格化されたｃｏｓ成分とｓｉｎ成分であり、ｐはポンプ光振動成分であり、ＪijＣｊＣｉは相互作用であるが、ポンプ光の漏れによる影響は、定数の光振幅項Ｂとして現れている。かかる光振幅項Ｂが存在すると、相互作用の入力がない状態でも光パルス列が完全にランダムにならずに、０かπのどちらかに偏って発生することとなる。したがって、光パルス列のランダム性を担保するためには、サニャックループで構成されたＰＳＡ２０におけるポンプ光の漏れによる定数を打ち消す「−Ｂ」に相当する成分（初期成分）を光パルス列に周回ごとに加える必要がある。演算器４１は、上記相互作用の演算に加えて、イジングモデルの計算装置において相互作用を与えて実際の計算を開始する前に、この初期成分「−Ｂ」を予め特定するための信号処理をすることができる。 The above equation takes into account the effect of pump light leakage on the equation shown in Non-Patent Document 1. , Ci and Si are the normalized cos component and sin component of the optical pulse train, respectively, p is the pump light vibration component, and J ij CjCi is the interaction, but the influence of the leakage of the pump light is constant. The light amplitude term B is shown. When such an optical amplitude term B is present, the optical pulse train is not completely random even in the absence of an interaction input, and is generated with a bias toward either 0 or π. Therefore, in order to ensure the randomness of the optical pulse train, a component (initial component) corresponding to “−B” that cancels the constant due to the leakage of the pump light in the PSA 20 composed of the Sagnac loop is added to the optical pulse train every cycle. There is a need. In addition to the above-described interaction calculation, the arithmetic unit 41 performs signal processing for specifying the initial component “−B” in advance before giving an interaction in the Ising model calculation device and starting the actual calculation. can do.
外部パルス入力部５１は、初期成分「−Ｂ」と光パルスの位相および振幅に基づいて演算された演算結果とを用いて、光パルスに対して重ね合わされる光パルスの振幅および位相を制御することにより、光パルスが関わる相互作用の大きさおよび符号を実装する相互作用実装部として機能する。 The external pulse input unit 51 controls the amplitude and phase of the optical pulse superimposed on the optical pulse using the initial component “−B” and the calculation result calculated based on the phase and amplitude of the optical pulse. Thus, it functions as an interaction mounting unit for mounting the magnitude and sign of the interaction involving the light pulse.
具体的には外部パルス入力部５１は、演算結果に比例する振幅および位相を有する光パルス列に対して「−Ｂ」に相当する振幅および位相の成分（初期成分）を加えた光パルス列をリング共振器１内の光パルス列と同じ周波数で同期して合波する。例えば、ポンプ光と同じ光源を分岐したものを変調して外部パルスとして入力することによって、リング共振器１内の光パルス列と周波数が一致したパルスを同期して入力することができる。リング共振器１内の光パルス列に対して演算結果に応じた外部パルスを合波することにより、リング共振器１内の光パルス列に擬似的な相互作用を与えることができる。 Specifically, the external pulse input unit 51 performs ring resonance on an optical pulse train obtained by adding an amplitude and phase component (initial component) corresponding to “−B” to an optical pulse train having an amplitude and a phase proportional to a calculation result. The signals are multiplexed in synchronism with the same frequency as the optical pulse train in the device 1. For example, by modulating a branch of the same light source as the pump light and inputting it as an external pulse, a pulse having the same frequency as the optical pulse train in the ring resonator 1 can be input in synchronization. By combining an external pulse corresponding to the calculation result with respect to the optical pulse train in the ring resonator 1, a pseudo interaction can be given to the optical pulse train in the ring resonator 1.
このように外部パルス入力部５１によりフィードバック入力する構成によれば、ｉ番目のスピンのｃｏｓ成分ｃｉ、共振器周回数ｎ、外部パルスの比率Ｋを用いて、フィードバック後の光パルス列の信号ｃ’ｉ（ｎ）は以下に示す式（５）で表される。 Thus, according to the configuration in which feedback input is performed by the external pulse input unit 51, the signal c ′ of the optical pulse train after feedback is obtained using the cos component ci of the i-th spin, the resonator frequency n, and the external pulse ratio K. i (n) is represented by the following formula (5).
以上の式では、リング共振器１内の光パルス列にｃｉ（ｎ）に対して結合比率Ｋで外部パルス入力部５１による外部光パルス列（フィードバック入力する成分） In the above formula, the optical pulse train in the ring resonator 1 is connected to the external optical pulse train (component to be fed back) by the external pulse input unit 51 at a coupling ratio K to ci (n).
が合波されたものが、フィードバック後の光パルス列ｃ’ｉ（ｎ）となることが示されている。このように、光振幅項Ｂはキャンセルされている。 It is shown that an optical pulse train c′i (n) after feedback is obtained by combining the two. In this way, the light amplitude term B is cancelled.
上式で示される光パルス列ｃ’ｉ（ｎ）が再びＰＳＡ２０に入力すると増幅されて光パルス列ｃｉ（ｎ＋１）となる。以上の構成により、イジングモデルの計算装置では、増幅とフィードバックを繰り返しながら、光パルス列を問題に応じた安定状態に導いていく。 When the optical pulse train c′i (n) represented by the above formula is input to the PSA 20 again, it is amplified and becomes an optical pulse train ci (n + 1). With the configuration described above, the Ising model calculation apparatus guides the optical pulse train to a stable state according to the problem while repeating amplification and feedback.
上述したとおり、イジングモデルの計算装置で最適な解を導くためには、ポンプ光の漏れによる光振幅項Ｂをキャンセルした状態で計算を行なう必要がある。かかる光振幅項Ｂをキャンセルするための初期成分「−Ｂ」を特定する方法について説明する。 As described above, in order to derive an optimal solution by the Ising model calculation apparatus, it is necessary to perform calculation in a state where the light amplitude term B due to leakage of pump light is canceled. A method for specifying the initial component “−B” for canceling the light amplitude term B will be described.
図５は初期成分「−Ｂ」を特定するための初期設定の方法を示す図である。イジングモデルの計算装置では、まず、ＰＳＡ２０にポンプ光を入力して、最初は外部パルス入力部５１におけるフィードバック入力を「０」に設定して光パルス列を増幅し、光パラメトリック発振をさせて光パルス列を安定状態に導く（Ｓ１）。光パラメトリック発振したら、測定部３において、光パルス列をコヒーレント測定する（Ｓ２）。演算器４１は、コヒーレント測定した値、すなわち安定状態の光パルス列の位相状態に対して乱数検定を行なう（Ｓ３）。乱数検定を行なった結果、乱数検定に合格しない場合は、外部パルス入力部５１において合波に用いる注入光（外部光パルス）の位相と振幅を調整する（Ｓ６）。乱数検定に合格すると、光パルス列の位相状態がランダムであるといえるので、乱数検定に合格するように入力する外部パルスの位相と振幅を初期成分「−Ｂ」に相当するように調整する。なお、Ｓ６において光パルス列の位相状態がランダムであることが確認できる手法であれば乱数検定以外の手法を用いてもよい。 FIG. 5 is a diagram showing an initial setting method for specifying the initial component “−B”. In the Ising model calculation apparatus, first, pump light is input to the PSA 20, first, the feedback input in the external pulse input unit 51 is set to “0”, the optical pulse train is amplified, and optical parametric oscillation is performed to generate the optical pulse train. Is brought to a stable state (S1). When the optical parametric oscillation occurs, the measurement unit 3 performs coherent measurement of the optical pulse train (S2). The computing unit 41 performs a random number test on the coherently measured value, that is, the phase state of the stable optical pulse train (S3). As a result of the random number test, if the random number test is not passed, the external pulse input unit 51 adjusts the phase and amplitude of the injection light (external light pulse) used for multiplexing (S6). If the random number test is passed, it can be said that the phase state of the optical pulse train is random. Therefore, the phase and amplitude of the input external pulse are adjusted so as to correspond to the initial component “−B” so as to pass the random number test. Note that any method other than the random number test may be used as long as it can be confirmed in S6 that the phase state of the optical pulse train is random.
注入光の設定を調整した後、再度ＰＳＡ２０にポンプ光を入力して、光パルス列を増幅しつつリング共振器１内で周回伝搬させ、外部パルス入力部５１により、Ｓ６において設定した位相と振幅でフィードバック入力も与えて、再び光パラメトリック発振させて、光パルス列を安定状態に導く（Ｓ１）。光パラメトリック発振したら、測定部３における測定（Ｓ２）、演算部４１における乱数検定（Ｓ３）を行なった結果、乱数検定に合格した場合は、外部パルス入力部５１において設定された注入光の位相および振幅を初期成分「−Ｂ」として特定する。 After adjusting the setting of the injection light, the pump light is input again to the PSA 20, and the optical pulse train is amplified and propagated in the ring resonator 1, and the external pulse input unit 51 has the phase and amplitude set in S6. A feedback input is also given to cause optical parametric oscillation again, and the optical pulse train is led to a stable state (S1). If the optical parametric oscillation occurs, the measurement unit 3 performs the measurement (S2) and the calculation unit 41 performs the random number test (S3). As a result, if the random number test is passed, the phase of the injection light set in the external pulse input unit 51 and The amplitude is specified as the initial component “−B”.
図６は、イジングモデルの計算装置の基本構成における処理フローである。図６に示すように、イジングモデルの計算装置では、最初にＰＳＡ２０に対してポンプ光が注入されると、ポンプ光に対して０またはπの位相の微弱な光パルス列が発生し（Ｓ１１）、発生した光パルス列はリング共振器１内を周回伝搬する。リング共振器１内を周回伝搬する光パルス列の一部が分岐され、測定部３によりその振幅および位相が測定される（Ｓ１２）。 FIG. 6 is a processing flow in the basic configuration of the Ising model calculation apparatus. As shown in FIG. 6, in the Ising model calculation apparatus, when pump light is first injected into the PSA 20, a weak optical pulse train having a phase of 0 or π is generated with respect to the pump light (S11). The generated optical pulse train propagates around the ring resonator 1. A part of the optical pulse train that circulates in the ring resonator 1 is branched, and the measurement unit 3 measures the amplitude and phase (S12).
光パルス列の測定結果が得られると、演算器４１において、解を求めるべき問題に応じた結合係数を示す行列により相互作用が演算される（Ｓ１４）。光パルス変調器５１は、演算結果を受け取ると、予め求めた初期成分「−Ｂ」と演算結果に応じた位相と振幅を有する外部光パルスがリング共振器１に入力され、リング共振器１内の光パルス列に合波されることにより光パルス列に対するフィードバックを与える（Ｓ１５）。 When the measurement result of the optical pulse train is obtained, the computing unit 41 computes the interaction using a matrix indicating the coupling coefficient corresponding to the problem to be solved (S14). Upon receiving the calculation result, the optical pulse modulator 51 receives an initial optical component “−B” obtained in advance and an external optical pulse having a phase and amplitude corresponding to the calculation result, and enters the ring resonator 1. The optical pulse train is combined to give feedback to the optical pulse train (S15).
フィードバック後の光パルス列は、再びＰＳＡ２０に入力され、光パルス列に同期したポンプ光により増幅され（Ｓ１６）、再びリング共振器１内を周回伝搬する。ＰＳＡ２０で増幅された後、リング共振器１内を再び伝搬する光パルス列に対して、再びコヒーレント測定、行列による演算、演算結果に応じたフィードバックが施されることが繰り返される。 The optical pulse train after the feedback is input to the PSA 20 again, is amplified by pump light synchronized with the optical pulse train (S16), and propagates in the ring resonator 1 again. After being amplified by the PSA 20, the optical pulse train propagating again in the ring resonator 1 is repeatedly subjected to coherent measurement, matrix calculation, and feedback according to the calculation result.
このような光パルス列に対する増幅とフィードバックが所定回繰り返される（Ｓ１３）と、光パルス列の状態が安定状態となる。安定状態となった時に測定部３において得られた測定結果の位相状態である０またはπをイジングモデルのスピンσ状態（±１）に置き換えて、解くべき問題にマッピングし直すことによって与えられた問題に対する解が得られることとなる。 When amplification and feedback for such an optical pulse train are repeated a predetermined number of times (S13), the state of the optical pulse train becomes stable. It is given by re-mapping the problem to be solved by replacing 0 or π, which is the phase state of the measurement result obtained in the measurement unit 3 when the stable state is reached, with the spin σ state (± 1) of the Ising model. A solution to the problem will be obtained.
本実施形態のイジングモデルの計算装置では、４光波混合過程を利用したＰＳＡ２０を用いた際に、ポンプ光を位相の基準光として用いることにより簡易な構成とすることができ、さらにポンプ光の漏れによる光振幅項Ｂをキャンセルすることにより高精度な計算結果を得ることができる In the Ising model calculation apparatus according to the present embodiment, when the PSA 20 using the four-wave mixing process is used, the pump light can be used as the phase reference light, and the pump light leakage can be achieved. A highly accurate calculation result can be obtained by canceling the optical amplitude term B due to
本実施形態のイジングモデルの計算装置では、リング型の光共振器を用いる構成を例に挙げて説明したが、リング共振器に代えて、サニャックループの反対側に反射鏡を設けたファブリーペロー型の光共振器を用いてもよい。 In the Ising model calculation apparatus of the present embodiment, a configuration using a ring-type optical resonator has been described as an example. However, instead of the ring resonator, a Fabry-Perot type in which a reflecting mirror is provided on the opposite side of the Sagnac loop. The optical resonator may be used.
１ リング共振器
２、２０ ＰＳＡ（位相感応増幅器）
２１ ３次の非線形媒質
２２ 光カプラ
２３ 光サーキュレータ
３ 測定部
４、４１ 演算器
５、５１ 外部光パルス入力部
３０ バランスドホモダイン検波器
３１ ハーフミラー
３２ 第１の光検出器
３３ 第２の光検出器
３４ 差分演算部
1 Ring resonator 2, 20 PSA (phase sensitive amplifier)
21 Third-order nonlinear medium 22 Optical coupler 23 Optical circulator 3 Measuring unit 4, 41 Calculator 5, 51 External optical pulse input unit 30 Balanced homodyne detector 31 Half mirror 32 First photodetector 33 Second optical detection 34 Difference calculation unit
Claims (8)
前記位相感応増幅器からの前記複数の光パルスを伝搬させ再び前記位相感応増幅器に入力する光共振器と、
前記複数の光パルスが前記光共振器を伝搬するたびに、前記複数の光パルスの位相および振幅を測定する、光パルス測定部と、
前記光パルス測定部において測定した光パルスの位相および振幅の情報を入力として、前記イジングモデルの結合係数と前記測定した光パルスとから決定される、ある光パルスに関わる相互作用を算出する、相互作用計算部と、
前記相互作用計算部において算出された相互作用に基づいて、前記光共振器内を伝搬する前記複数の光パルスに対して重ね合わされる光パルスの位相および振幅を設定することにより、前記ある光パルスに関わる相互作用を実装する相互作用実装部と、を備え、
前記光パルス測定部は、前記光パルス測定部と前記相互作用計算部と前記相互作用実装部とにより構成されるフィードバックループによる制御が繰り返される過程で、前記複数の光パルスが安定状態に到達した後に測定した前記複数の光パルスの位相を、イジングモデルのスピンに変換することにより、イジングモデルのスピンの値を得ることを特徴とするイジングモデルの計算装置。 A phase-sensitive amplifier configured with a Sagnac loop, which corresponds to a plurality of spins of the Ising model and parametrically oscillates a plurality of optical pulses having the same oscillation frequency at a phase of 0 or π,
An optical resonator that propagates the plurality of optical pulses from the phase sensitive amplifier and inputs them again to the phase sensitive amplifier;
An optical pulse measurement unit that measures the phase and amplitude of the plurality of optical pulses each time the plurality of optical pulses propagates through the optical resonator;
Using the information on the phase and amplitude of the optical pulse measured in the optical pulse measuring unit as an input, calculating the interaction related to a certain optical pulse determined from the coupling coefficient of the Ising model and the measured optical pulse, An action calculator,
Based on the interaction calculated in the interaction calculator, the phase and amplitude of the optical pulse superimposed on the plurality of optical pulses propagating in the optical resonator are set, whereby the certain optical pulse An interaction implementation unit that implements an interaction related to
The optical pulse measuring unit has reached a stable state in a process in which control by a feedback loop configured by the optical pulse measuring unit, the interaction calculating unit, and the interaction mounting unit is repeated. An Ising model calculation apparatus characterized in that a value of an Ising model spin is obtained by converting phases of the plurality of optical pulses measured later into Ising model spins.
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