TW202405604A - 計算系統及處理光子計算結果的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及光子計算領域，其提供了計算系統及處理光子計算結果的方法，該方法包括產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對所述第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號；將所述第一計算的理論數學結果與所述第二光信號建立對應關係；儲存所述理論數學結果以及其對應的第二光信號的參數。

Description

計算系統及處理光子計算結果的方法
本發明涉及計算領域，更為具體而言，涉及計算系統及處理光子計算結果的方法。
光子計算中，在光子域完成至少一部分計算，根據獲得的輸出信號而獲知計算的數學結果。本發明人發現，在實際的光子計算系統中，光子計算器件的製造可能存在誤差，或者實際的輸出信號與設計存在不符，或者輸出結果與輸入具有較為複雜的關係，從而，在計算結果輸出時，輸出的信號可能與預想的信號有所偏差，或較難精確預知輸出信號。
在一個示例性的實施方式中，提供一種處理光子計算結果的方法包括：產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對所述第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號；將所述第一計算的理論數學結果與所述第二光信號建立對應關係；儲存所述理論數學結果以及其對應的第二光信號的參數。
在一些實施方式中，所述產生第一光信號，包括：對初始光信號進行調變，產生所述第一光信號。
在一些實施方式中，所述第一計算包括乘法計算、加法計算中的至少一種。
在一些實施方式中，所述第一計算包括先進行乘法計算、後進行加法計算。
在一些實施方式中，所述第一資料包括多個輸入值。
在一些實施方式中，所述第二光信號的參數包括光的強度、偏振、相位的至少一種。
在一個示例性的實施方式中，一種處理光子計算結果的方法包括產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號；將所述第二光信號轉換為第二電信號；將所述第一計算的理論數學結果與所述第二電信號建立對應關係；儲存所述理論數學結果以及其對應的第二電信號的參數。
在一些實施方式中，所述第二電信號的參數包括電壓、電流的至少一種。
在一個示例性的實施方式中，一種處理光子計算結果的方法，包括：產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對第一光信號在光子域進行計算，得到第二光信號；所述第二光信號經過光電轉換後，在電子域進行第二計算，得到所述第二計算的理論數學結果的電信號；儲存所述理論數學結果以及其對應的電信號的參數。
在一些實施方式中，所述第一計算包括乘法計算。
在一些實施方式中，所述第二計算包括加法計算。
在一個示例性的實施方式中，提出了一種計算系統，包括：光編碼單元，被配置為根據第一資料編碼產生第一光信號；光子計算單元，被配置為對第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二信號；儲存單元，被配置為儲存所述第一計算的理論數學結果以及其對應的第二信號的參數。
在一些實施方式中，所述第二信號是第二光信號。
在一些實施方式中，所述第二信號是第二電信號，其由第一計算得到的第二光信號經過光電轉換獲得。
在一些實施方式中，所述光子計算單元包括光電轉換單元，用於將所述第二光信號轉換為第二電信號。
在一個示例性的實施方式中，一種計算系統，包括：光編碼單元，被配置為根據第一資料編碼產生第一光信號；光子計算單元，被配置為對第一光信號在光子域進行第一計算，並且得到表示計算結果的第二信號；電子計算單元，被配置為獲得第二信號，並且基於第二信號在電子域進行第二計算，得到表示所述第二計算的計算結果的電信號；儲存單元，被配置為儲存所述理論數學結果以及其對應的電信號的參數。
在一些實施方式中，所述第二信號為第二光信號，所述電子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述第二光信號轉換為電信號，以在電子域進行所述第二計算。
在一些實施方式中，所述第二信號為第二電信號，所述光子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述在光子域進行第一計算的光學結果進行光電轉換，得到第二電信號，以在電子域進行所述第二計算。
在一些實施方式中，光電轉換單元包括光電二極體。
在一些實施方式中，所述理論數學結果對應的所述電信號的參數選自電流參數、電壓參數。
本發明在包含光子計算的場景中，提出了建立理論數學結果與實際輸出信號的對應關係，使得在具體實際計算時，可以通過這一對應關係，根據輸出信號而獲得或解讀出其所表示是真實數值，還可以用於分析光子計算設備製造的誤差，或研究光子計算設備的輸入輸出特性等。
本發明實施方式的各個方面、特徵、優點等將在下文結合附圖進行具體描述。根據以下結合附圖的具體描述，本發明的上述方面、特徵、優點等將會變得更加清楚。
為了便於理解本發明技術方案的各個方面、特徵以及優點，下面結合附圖對本發明進行具體描述。應當理解，下述的各種實施方式只用於舉例說明，而非用於限制本發明的保護範圍。
本公開中使用的術語僅出於描述特定實施例的目的並且不意圖限制本公開。如本公開中使用的，單數形式“一個”、“一”和“該”意圖也包括複數形式，除非上下文清楚地另有指示。將進一步理解的是，術語“包括”和/或“包含”當在本說明書中使用時指定所述及特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或添加一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本公開中使用的，術語“和/或”包括相關聯的列出項目中的一個或多個的任意和全部組合，並且短語“A和B中的至少一個”是指僅A、僅B、或A和B兩者。在本公開中，晶片可以包括裸晶片(die)。在本公開中，一個實施例的特徵也可被應用並適當地合併作為在本公開中描述的其他實施例的特徵。
本發明提供了一種處理光子計算結果的方法，可以使得光子計算輸出信號的參數與理論結果建立對應關係，儲存它們的對應關係，從而優化光子計算。在需要進行計算時，根據該對應關係，即可得知輸出信號的對應結果（數學含義）。
如圖1，提供了一種方法，包括： S100 ：產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料； S200 ：對所述第一光信號在光子域（photonic domain）進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號； S300 ：將所述第一計算的理論數學結果與所述第二光信號建立對應關係； 以及， S400 ：儲存所述理論數學結果以及其對應的第二光信號的參數。
對第一光信號在光子域進行計算，可以在光子計算系統中進行，更具體的，可以在光子計算單元中進行。其中，光子計算系統可以包括：光子計算單元，被配置為接收第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；所述光子計算單元可對第一光信號在光子域進行計算。示例性的光子計算單元可包括權重模組（又稱乘法模組），所述權重模組可被設置為表示第二資料。光子計算單元還可包括加法模組，例如，可以在光子域完成加法運算。
在一些實施例中，可以具有多個第一光信號，從而表示待計算的多個第一資料，例如，該多個第一光信號可以表示向量的多個元素，而多個權重模組則可分別表示矩陣的多個元素，從而完成向量與矩陣的乘法計算，可以具有多個光信號輸出。
在示例性的實施例中，光子計算系統還可以包括在電子域進行的計算。示例性的，光子計算系統可以在光子域進行乘法計算，而在電子域進行加法運算。
圖2示出了一種計算系統100，其包括用於在光子域進行計算的部分，更具體的，其是一種光子計算系統，具體包括光編碼單元110，以及光子計算單元130。
在步驟S100中，可通過光編碼單元110可對初始光信號進行編碼，例如，根據第一資料對初始光信號進行編碼，使其成為代表第一資料的第一光信號，從而產生第一光信號。
在步驟S200中，可通過光子計算單元130執行光子計算。光子計算單元130可以根據光編碼單元110的第一光信號在光子域（photonic domain）進行計算，即以光信號代表資料資訊進行數學計算。光子計算單元130可以用光信號執行例如乘法計算、加法計算，矩陣與向量的計算等。
在步驟S300中，示例性的，第一計算為乘法計算，第一資料包含待計算輸入數值為x=5，權重模組（乘法模組）對應另一個乘數y=3，那麼第一計算的理論數學結果應該是z=3×5=15。第一光信號表示第一資料x=5，光子計算單元中的權重模組被設置為3，例如，可以通過電信號設置該權重模組為3，通過權重模組在光子域中執行光計算後，輸出第二光信號，可以獲得第二光信號的參數，例如光的強度參數，進而建立該第二光信號的參數與理論數學結果15的對應關係。
在步驟S400中，可通過儲存單元儲存理論數學結果，例如，理論數學結果是15，對應的光信號參數是強度P0，儲存15以及對應的P0。由此，可以建立並儲存計算後的輸出信號與其表示的準確值即理論數學結果的對應關係。在後續進行計算時，可以根據輸出信號以及該對應關係，還原出輸出信號對應的數值。在一些實施方式中，光信號的參數可以是強度、相位、頻率等參數特徵。上述光信號的參數可以通過光電轉換單元，將光信號轉換成電信號進行測量獲得。
示例性的，所述第一計算包括乘法計算、加法計算中的至少一種。
示例性的，所述第一計算包括先進行乘法計算、後進行加法計算。
在一些實施方式中，所述第一資料包括多個輸入值。根據計算的需求，第一光信號可以是一路或多路光信號，第一資料可以是一個或多個數值，第二光信號也可以是一路或多路光信號。
在一些實施方式中，所述第二光信號的參數包括光的強度、偏振、相位的至少一種。
在一些實施方式中，計算系統可以包括複製單元。
例如，圖3a示出了一種計算系統100，其包括用於在光子域進行計算的部分，是一種光子計算系統，具體包括光編碼單元110，複製單元120，以及光子計算單元130。
示例性的，光編碼單元可包括多個調變器，調變器可根據資料對光進行編碼，圖3b示出了光編碼單元中的調變器101a、101b。光編碼單元光學連接複製單元，複製單元可包括一個或多個複製模組，複製模組示例性的包括分束器，可將輸入複製模組的光分成兩束或者更多束的光，即進行“複製”操作，從而產生光副本，所述光副本可以作為第一光信號，圖3b示出了一個複製單元中的複製模組102a、102b。計算系統還包括光子計算單元，被配置為接收第一光信號，所述第一光信號對應表示第一資料。所述光子計算單元包括多個權重模組，其中，權重模組又可稱為乘法模組。示例性的如圖3b中的權重模組103a、103b、103c、103d、103e、103f，所述權重模組可以對應一個數值，並用於實現所述1個光信號對應的1個數值與1個權重模組對應的1個數值的乘法運算。示例性的，權重模組所代表的數值可以通過電信號改變。複製模組的輸出信號不一定具有與輸入信號相同的幅度。舉例來說，例如採用光分束器（光功率分離器）在兩個輸出信號之間均勻地分離輸入信號功率，則兩個輸出信號中的每一個將具有等於或小於輸入信號功率的50％的功率。
在一些情況下，複製模組或者光編碼單元是可以省略的，承載有資料的光信號可以直接通過一些光學埠輸入光子計算單元；另外，光編碼單元輸出的光信號也可以直接輸入光子計算單元。在一些實施方式中，可以採用光子積體電路實現光計算單元，例如，在光子積體電路晶片中包括光計算單元，通過光子積體電路晶片上的光學埠，例如光柵耦合器、端面耦合器實現光信號的輸入、輸出。
光編碼單元可以對光進行編碼，使得光信號代表數值。經編碼後的光信號可以輸入光子計算單元，以作為計算的資料來源。例如，光編碼單元可以對n個數值進行編碼，產生對應的n個光信號。示例性的，光子計算單元包括多個權重模組，n個光信號可以被分別輸入其中對應的n個權重模組，以進行計算。光編碼單元可以包括例如多個調變器，基於代表數值的電信號而對光進行調變，從而編碼產生初始光信號。在光子計算系統中，除了上述光子計算單元，可以包括其它光子計算單元，例如第二光子計算單元，第三光子計算單元，不同的光子計算單元中的計算模組可以不同，實現的功能也可以不同。
光子計算單元除了包括上述多個權重模組（用於設置為與多個數值對應），也可以包括其它能實現光子計算的結構或者光子計算模組，例如採用MZI(Mach–Zehnder interferometer,馬赫-曾德爾干涉儀)進行計算的光子計算模組。
在一個示例性的實施方式中，提供一種處理光子計算結果的方法，包括：產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號；將所述第二光信號轉換為第二電信號；將所述第一計算的理論數學結果與所述第二電信號建立對應關係； 儲存所述理論數學結果以及其對應的第二電信號的參數。
在一些實施方式中，第二電信號的參數可以是電壓、電流等參數。第二電信號可以通過光電轉換單元對第二光信號進行轉換而得到。在一些情況下，較難直接獲得光信號的參數，而通過儲存光電轉換後的第二電信號的參數，可以更容易實現。
在一些實施方式中，計算系統可包括電子計算單元。
例如，圖4中，相比於圖3a的實施例，計算系統100還可包括電子計算單元140。在圖4中，一種計算系統，包括：光編碼單元110，被配置為根據第一資料編碼產生第一光信號；光子計算單元130，被配置為對第一光信號在光子域進行第一計算，並且得到表示計算結果的第二信號；電子計算單元140，被配置為獲得第二信號，並且基於第二信號在電子域進行第二計算，得到表示所述第二計算的理論數學結果的電信號。可選的，計算系統100還可包括複製單元120。
在一些實施方式中，所述第二信號為第二光信號，所述電子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述第二光信號轉換為電信號，以在電子域進行所述第二計算。
在一些實施方式中，所述第二信號為第二電信號，所述光子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述在光子域進行第一計算的光學結果進行光電轉換，得到第二電信號，以在電子域進行所述第二計算。
在一些實施方式中，光電轉換單元包括光電二極體。
在一些實施方式中，所述理論數學結果對應的所述電信號的參數選自電流參數、電壓參數。
在一個示例性的實施方式中，提供一種方法，包括：產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料；對所述第一光信號在光子域進行計算，得到第二光信號；所述第二光信號經過光電轉換後，在電子域進行第二計算，得到所述第二計算的理論數學結果的電信號；儲存所述理論數學結果以及其對應的電信號的參數。
在一些實施方式中，所述第一計算包括乘法計算。
在一些實施方式中，所述第二計算包括加法計算。
本領技術人員應當理解，以上所公開的僅為本發明的實施方式而已，當然不能以此來限定本發明請求專利保護的權利範圍，依本發明實施方式所作的等同變化，仍屬本發明之請求項所涵蓋的範圍。
100:計算系統 101a/101b:調變器 102a/102b:複製模組 103a、103b、103c、103d、103e、103f:權重模組 110:光編碼單元 120:複製單元 130:光子計算單元 140:電子計算單元 S100/S200/S300/S400:步驟
為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的實施方式。 圖1示出了一種處理光子計算結果的方法。 圖2示出了一個實施方式中計算系統的示意圖。 圖3a、圖3b示出了一個實施方式中計算系統的示意圖。 圖4示出了一個實施方式中計算系統的示意圖。
S100/S200/S300/S400:步驟

Claims (18)

  1. 一種處理光子計算結果的方法，包括： 產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料； 對所述第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號； 將所述第一計算的理論數學結果與所述第二光信號建立對應關係；以及， 儲存所述理論數學結果以及其對應的所述第二光信號的參數。
  2. 一種處理光子計算結果的方法，包括： 產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料； 對所述第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二光信號； 將所述第二光信號轉換為第二電信號； 將所述第一計算的理論數學結果與所述第二電信號建立對應關係；以及， 儲存所述理論數學結果以及其對應的所述第二電信號的參數。
  3. 如請求項1或2所述的方法，其中，所述產生第一光信號，包括：對初始光信號進行調變，產生所述第一光信號。
  4. 如請求項1或2所述的方法，其中，所述第一計算包括乘法計算、加法計算中的至少一種。
  5. 如請求項1或2所述的方法，其中，所述第一計算包括先進行乘法計算、後進行加法計算。
  6. 如請求項1或2所述的方法，其中，所述第一資料包括多個輸入值。
  7. 如請求項1或2所述的方法，其中，所述第二光信號的參數包括光的強度、偏振、相位的至少一種。
  8. 如請求項2所述的方法，其中，所述第二電信號的參數包括電壓參數、電流參數中的至少一種。
  9. 一種計算系統，包括： 光編碼單元，被配置為根據第一資料編碼產生第一光信號； 光子計算單元，被配置為對所述第一光信號在光子域進行第一計算，得到表示計算結果的第二信號； 儲存單元，被配置為儲存所述第一計算的理論數學結果以及其對應的所述第二信號的參數。
  10. 如請求項9所述的計算系統，其中，所述第二信號是第二光信號。
  11. 如請求項9所述的計算系統，其中，所述第二信號是第二電信號，其由所述第一計算得到的第二光信號經過光電轉換獲得。
  12. 如請求項11所述的計算系統，其中，所述光子計算單元包括光電轉換單元，用於將所述第二光信號轉換為所述第二電信號。
  13. 一種計算系統，包括： 光編碼單元，被配置為根據第一資料編碼產生第一光信號； 光子計算單元，被配置為對所述第一光信號在光子域進行第一計算，並且得到表示計算結果的第二信號； 電子計算單元，被配置為獲得所述第二信號，並且基於所述第二信號在電子域進行第二計算，得到表示所述第二計算的計算結果的電信號； 儲存單元，被配置為儲存所述第二計算的理論數學結果以及其對應的所述電信號的參數。
  14. 如請求項13所述的計算系統，其中，所述第二信號為第二光信號，所述電子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述第二光信號轉換為電信號，以在電子域進行所述第二計算。
  15. 如請求項13所述的計算系統，其中，所述第二信號為第二電信號，所述光子計算單元包括光電轉換單元，被配置為將所述在光子域進行第一計算的光學結果進行光電轉換，得到所述第二電信號，以在電子域進行所述第二計算。
  16. 如請求項14或15所述的計算系統，其中，所述光電轉換單元包括光電二極體。
  17. 如請求項14所述的計算系統，其中，所述理論數學結果對應的所述電信號的參數選自電流參數、電壓參數。
  18. 一種處理光子計算結果的方法，包括： 產生第一光信號，所述第一光信號表示第一資料； 對所述第一光信號在光子域進行計算，得到第二光信號； 將所述第二光信號經過光電轉換後，在電子域進行第二計算，得到所述第二計算的理論數學結果的電信號；以及， 儲存所述理論數學結果以及其對應的所述電信號的參數。
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