相干伊辛计算的研究与应用进展

随着人工智能技术的快速发展,与之相关的各种行业都产生了海量的算力需求。低能耗光计算和量子计算成为未来高速、大数据量处理极具前景的方案,相干伊辛计算作为其中的典型计算技术,受到了研究领域和产业界的广泛关注,近年来取得了一系列重要的研究进展。相干伊辛计算利用光学参量振荡脉冲作为量子比特,在运行中可以搜索出伊辛模型基态时的自旋构型,从而能够提升求解组合优化问题的计算速度和正确率。通过纠错改进后的相干伊辛机可以逃离局部极小值的限制,在大规模组合优化问题上的测试结果也超越了部分经典算法,为多种组合优化问题的解决提供了新的发展方向。

基于量子压缩的相干光计算系统

相干光计算是一种基于量子光学的非冯诺依曼框架的专用计算方法,是有望在后摩尔时代突破计算性能与功耗瓶颈的热门计算技术。相干光计算的核心思想是根据最小增益原理,通过从振荡阈值以下逐渐增加简并光学参量振荡器中泵浦光的强度,使得振荡器中最低能量的基态模式被激发,从而完成一种类似物理退火的过程。这种退火过程可被用于求解组合优化问题,并具备计算速度快、求解质量高和功耗低等优势。相干光计算机也被称为相干伊辛机(Coherent Ising Machines),可用于交通流分配、工业资源调度、金融投资组合等问题的快速高质量求解,是量子计算硬件的重要研究方向。本文作为“先进算力技术”专题的第二篇,介绍了相干光计算和相干伊辛机的基本原理、历史发展以及实验系统。本文不仅可以作为未来计算技术领域的一般性了解,本文附录给出的PPT课件也可以作为大学物理等课程中“量子物理”相关篇章的有益补充。