CN114692381B - 相干伊辛机及组合优化问题的解决方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种相干伊辛机及组合优化问题的解决方法，相干伊辛机包括：脉冲激光器，产生光载波；泵浦光产生模块，产生泵浦光；信号光产生模块，产生第一信号光；第一非线性媒介，对第一信号光进行光参量放大，产生第二信号光和空闲光，空闲光的相位为泵浦光和第二信号光的相位之差；第一光耦合器，将光载波分束为第一光载波，第二光载波和第三光载波；第二光耦合器，耦合第三光载波和空闲光；存储转换模块，将第二光耦合器输出的光信号存储并转换为第一电信号；逻辑运算模块，对第一电信号进行逻辑运算，产生并输入第二电信号到信号光产生模块。通过该相干伊辛机，能够实现相干伊辛机的高相干、大规模以及可编程的有机结合。

Description

相干伊辛机及组合优化问题的解决方法

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种相干伊辛机及组合优化问题的解决方法。

背景技术

伊辛模型是一种非常简单却又充满物理内涵的模型，它可以用来描述广泛的物理现象和解决各种各样的问题，例如描述晶体的磁性、液体的凝固和蒸发、蛋白质分子折叠、合金中的有序-无序变化、森林火灾、交通优化、路径规划、金融市场稳定性分析等。特别是在解决各类组合优化问题时，相对于传统的算法，伊辛模型具有独特的优势。

例如交通优化、路径优化等组合优化问题，这类问题的求解具有很大的现实意义，传统的最直接的算法就是列举所有可能的情况然后寻找最优解，但是随着问题规模的增大，求解所需的计算量呈指数形式的增长，从而带来极大的时间成本，这显然与社会高速发展带来的对问题求解的实时性的需求所违背。

目前有人使用量子退火对此类问题进行求解，但是受限于量子比特数量的限制，不能求解大规模的组合优化问题，而且求解过程受温度限制；也有人使用光参量振荡器进行问题求解，但是存在振荡稳定性不足等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提供一种相干伊辛机及组合优化问题的解决方法，用于至少部分解决以上技术问题。

(二)技术方案

本发明提供一种相干伊辛机，包括：脉冲激光器1，用于产生光载波；泵浦光产生模块A，用于产生泵浦光；信号光产生模块B，用于产生第一信号光；第一非线性媒介5a，用于对第一信号光进行光参量放大，产生第二信号光和空闲光，空闲光的相位为泵浦光和第二信号光的相位之差；第一光耦合器2a，用于将光载波分束为第一光载波，第二光载波和第三光载波，将第一光载波及第二光载波分别输入泵浦光产生模块A及信号光产生模块B；第二光耦合器2b，用于耦合第三光载波和空闲光；存储转换模块C，用于将第二光耦合器2b输出的光信号存储并转换为第一电信号；逻辑运算模块D，用于对第一电信号进行逻辑运算，产生第二电信号，并输入第二电信号到信号光产生模块B。

可选地，泵浦光产生模块A包括：第二非线性媒介5b和移频装置16；其中，第二非线性媒介5b用于对第一光载波进行倍频；移频装置16用于对倍频后的光载波进行移频，得到泵浦光。

可选地，第二非线性媒介5b用于对第一光载波进行倍频，使倍频后的光载波的频率为第一光载波频率的二倍；移频装置16用于对倍频后的光载波进行移频，使泵浦光的频率为第二信号光频率的二倍；移频装置16包括声光移频器，或者电光调制器和光滤波器，或者热光调制器和光滤波器。

可选地，信号光产生模块B包括：电光调制器3和光滤波器4；其中，电光调制器3用于使用第二电信号对第二光载波进行调制，输出第二光载波和光边带；光滤波器4用于滤除第二光载波，得到第一信号光。

可选地，逻辑运算模块D包括：功分器9，模数转换器10，逻辑运算单元11，数模转换器12和合路器13；其中，功分器9用于将第一电信号分路传输，一路输入模数转换器10，另一路输入合路器13；模数转换器10用于将一路第一电信号转化为数字信号；逻辑运算单元11用于对数字信号进行逻辑运算，将待优化问题映射到第二信号光和空闲光的相位信息上；数模转换器12用于将经过逻辑运算后的数字信号转换为第三电信号；合路器13用于将第三电信号和另一路第一电信号合并成第二电信号。

可选地，存储转换模块C包括：长光纤6和光电探测器7；其中，长光纤6用于存储第二光耦合器2b输出的光信号，以延长光信号的传输时间，以及利用时分复用技术实现大规模的光信号；光电探测器7用于将光信号转换成第一电信号。

可选地，第一非线性媒介5a和第二非线性媒介5b为周期极化铌酸锂或高非线性光纤中的一种。

可选地，光滤波器4为窄带带阻光滤波器。

可选地，相干伊辛机还包括：至少一个放大器，电滤波器8以及第一混频器17a和第二混频器17b；其中，电滤波器8用于对相干伊辛机电路中的电信号进行滤波；放大器用于提高相干伊辛机的环路增益，促进起振，放大器包括电放大器14和/或光放大器15；第一混频器17a和第二混频器17b分别与模数转换器(10)的输入和数模转换器(12)的输出相连接，第一混频器17a用于对第一电信号进行混频，第二混频器17b用于对第三电信号进行混频。

本发明另一方面提供一种组合优化问题的解决方法，包括：使用第二信号光和空闲光的两种相位信息分别代表伊辛自旋的两个自旋状态；将组合优化问题映射到相干伊辛机的振荡环路的增益和损耗状态中；求解振荡环路的伊辛能量的最小值，得到组合优化问题的最优解；其中，求解振荡环路的伊辛能量的最小值包括：根据公式：

求解振荡环路的伊辛能量的最小值，其中，H是伊辛能量，σ_i和σ_j分别代表两种伊辛自旋的状态，可取的值为+1或-1，耦合矩阵J和h用于描述组合优化问题。

(三)有益效果

本发明提供一种相干伊辛机，使用第二信号光和空闲光的两种相位信息表示伊辛自旋的两种状态，并且各光电信号的产生装置以及逻辑运算的器件等，均是基于常规使用环境的光电器件，可以在室温下进行组合优化问题的求解。

本发明提供的相干伊辛机借助长光纤的低损耗特性以及时分复用技术，可以实现超大规模的伊辛自旋，具有大带宽、免电磁干扰的特点，同时，通过存储转换模块引入具有高相干性的微波信号，即第一电信号，可以为相干伊辛机带来高相干的特性。

本发明另一方面提供了一种解决复杂的组合优化问题的方法。基于本发明提供的相干伊辛机，借助逻辑运算模块，可以实现任意自旋之间的快速可编程连接，在系统形成稳定振荡后，系统的伊辛能量最小，对应相干伊辛机的最小增益，最小增益对应组合优化问题的最优解。

附图说明

图1示意性示出了本发明一个实施例的相干伊辛机的结构图；

图2示意性示出了本发明另一个实施例的相干伊辛机的结构图；

图3示意性示出了本发明又一个实施例的相干伊辛机的结构图；

图4示意性示出了本发明又一个实施例的相干伊辛机的结构图；

图5示意性示出了本发明实施例的一种解决复杂的组合优化问题的方法流程图。

【附图标记说明】

1-脉冲激光器

2a-第一光耦合器

2b-第二光耦合器

2c-第三光耦合器

2d-第四光耦合器

3-电光调制器

4-光滤波器

5a-第一非线性媒介

5b-第二非线性媒介

6-长光纤

7-光电探测器

8-电滤波器

9-功分器

10-模数转换器

11-逻辑运算单元

12-数模转换器

13-合路器

14-电放大器

15-光放大器

16-移频装置

17a-第一混频器

17b-第二混频器

18a-第一可调延时线

18b-第二可调延时线

A-泵浦光产生模块

B-信号光产生模块

C-存储转换模块

D-逻辑运算模块

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

除非存在技术障碍或矛盾，本发明的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本发明的保护范围中。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

图1示意性示出了本发明一个实施例的相干伊辛机的结构图。

根据本发明的实施例，如图1所示，相干伊辛机例如包括：脉冲激光器1，用于产生光载波。泵浦光产生模块A，用于产生泵浦光。信号光产生模块B，用于产生第一信号光。第一非线性媒介5a，用于对第一信号光进行光参量放大，产生第二信号光和空闲光，空闲光的相位为泵浦光和第二信号光的相位之差。第一光耦合器2a，用于将光载波分束为第一光载波，第二光载波和第三光载波，将第一光载波及第二光载波分别输入泵浦光产生模块A及信号光产生模块B。第二光耦合器2b，用于耦合第三光载波和空闲光。存储转换模块C，用于将第二光耦合器2b输出的光信号存储并转换为第一电信号。逻辑运算模块D，用于对第一电信号进行逻辑运算，产生第二电信号，并输入第二电信号到信号光产生模块B。

根据本发明的实施例，脉冲激光器1用于产生周期性的光脉冲，每个光脉冲代表一个伊辛自旋，通过时分复用技术并借助与长光纤6带来的长的环腔延时可以实现大规模组合优化问题的求解。脉冲激光器1例如可以替换为脉冲信号调制的直调激光器或连续光激光器加脉冲信号调制的电光调制器，以及其它可以产生周期性脉冲光信号的方式。

根据本发明的实施例，如图1所示，泵浦光产生模块A例如包括：第二非线性媒介5b和移频装置16。其中，第二非线性媒介5b用于对第一光载波进行倍频，产生脉冲激光器1输出光的二倍频光信号，移频装置16用于对倍频后的光载波进行移频，移频的量是环路在简并状态下振荡频率，即第一电信号(例如可以为微波信号)频率的一半，得到泵浦光。

根据本发明的实施例，第二非线性媒介5b用于对第一光载波进行倍频，使倍频后的光载波的频率为第一光载波频率的二倍。移频装置16用于对倍频后的光载波进行移频，使泵浦光的频率为第二信号光频率的二倍。移频装置16包括声光移频器，或者电光调制器和光滤波器，或者热光调制器和光滤波器或者其它能够实现移频的器件。

根据本发明的实施例，第一非线性媒介5a和第二非线性媒介5b例如可以为周期极化铌酸锂或高非线性光纤中的一种。

根据本发明的实施例，如图1所示，信号光产生模块B包括：电光调制器3和光滤波器4。其中，电光调制器3用于使用第二电信号对第二光载波进行调制，输出第二光载波和光边带，光滤波器4用于滤除第二光载波，得到第一信号光。

根据本发明的实施例，在电光调制器3中，光信号被电信号调制后会输出光载波和各个阶次的光边带(+1阶、-1阶、+2阶、-2阶、+3阶、-3阶…)，因此，电光调制器3的输出光中有光载波和各个阶次的光边带，该输出光输入光滤波器滤除光载波，只剩各个阶次的光边带。经过第二非线性媒介5b倍频后的光使用移频装置16对光进行了移频，并使得移频后的光频率是某个光边带(可以是+1阶、-1阶、+2阶、-2阶、+3阶、-3阶…中的任意一个，选取不同的光边带的区别只是最后光电振荡器环路振荡频率不同)的频率的二倍。倍频并移频后的光(移频装置16的输出)和滤除光载波后的光(光滤波器4的输出)同时输入第一非线性媒介5a，在第一非线性媒介5a中产生光参量放大。光参量放大就是一个强度较高的泵浦光和一个强度较低的信号光同时输入非线性媒介；在输出端，强度较低的信号光被放大，并产生一个频率为泵浦光和信号光频率差的空闲光，并且空闲光的相位为泵浦光与信号光相位之差。在非简并的情况下，信号光和空闲光频率不同，因此两种频率的光输入(泵浦光和信号光)会得到两种频率的光输出(信号光和空闲光)；当泵浦光频率正好为信号光频率二倍时，空闲光的频率就与信号光的频率相同，这种状态为简并状态。在简并状态下，由于空闲光和信号光频率相同，因此在光输出位置二者将会发生干涉，因此只有在信号光和泵浦光相位差为0或π的状态(此时空闲光和泵浦光的相位差也为0或π，则此时信号光和空闲光相位差为2π的整数倍，发生相长干涉)时输出光强度最大，因此最终环路的振荡状态一定会稳定在这两种相位状态中的一个。

根据本发明的实施例，光滤波器4例如可以为窄带带阻光滤波器，用于滤除光载波，从而避免光载波被参量放大。

根据本发明的实施例，如图1所示，逻辑运算模块D包括：功分器9，模数转换器10，逻辑运算单元11，数模转换器12和合路器13；其中，功分器9用于将第一电信号分路传输，一路输入模数转换器10，另一路输入合路器13，模数转换器10用于将一路第一电信号转化为数字信号，逻辑运算单元11用于对数字信号进行逻辑运算，将待优化问题映射到第二信号光和空闲光的相位信息上，数模转换器12用于将经过逻辑运算后的数字信号转换为第三电信号，合路器13用于将第三电信号和另一路第一电信号合并成第二电信号。

根据本发明的实施例，模数转换器10、逻辑运算单元11和数模转换器12用于实现对微波信号的探测、处理和输出；逻辑运算单元11用于输入待优化问题和计算反馈信号；逻辑运算单元11例如可以为CPU(中央处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、GPU(图形处理器)、ASIC(专用集成电路)以及其他可以进行逻辑运算的单元中的一种。

根据本发明的实施例，如图1所示，存储转换模块C包括：长光纤6和光电探测器7；其中，长光纤6用于存储第二光耦合器2b输出的光信号，以延长光信号的传输时间，以及利用时分复用技术实现大规模的光信号，光电探测器7用于将光信号转换成第一电信号。

根据本发明的实施例，长光纤6例如可以为低损耗储能元件，用于提高振荡器的噪声性能并增加环路延时。

图2示意性示出了本发明另一个实施例的相干伊辛机的结构图。

根据本发明的实施例，如图2所示，该实施例为基于光的参量过程的相干伊辛机，例如还包括：至少一个放大器和电滤波器8；其中，电滤波器8用于对相干伊辛机电路中的电信号进行滤波，放大器用于提高相干伊辛机的环路增益，促进起振，放大器包括电放大器14和/或光放大器15。

根据本发明的实施例，如图2所示，基于光的参量过程的相干伊辛机工作过程为：脉冲激光器、电光调制器、长光纤、光电探测器、电滤波器、功分器、合路器和电放大器构成传统的光电振荡器环路；使用第二非线性媒介5b对光进行倍频，使用移频装置对倍频后的光进行移频，使用光滤波器滤除电光调制后输出光中的光载波，并在第一非线性媒介5a中实现对某个光边带的参量放大，从而产生只有两种相位状态的振荡，分别表示伊辛自旋的两种状态；使用逻辑运算单元实现对待优化问题的输入和反馈计算；振荡器形成稳定状态之后的相位状态即对应待优化问题的解。

根据本发明的实施例，如图2所示，该基于光的参量过程的相干伊辛机例如主要包括：脉冲激光器1、第一光耦合器2a、第二光耦合器2b、电光调制器3、光滤波器4、第一非线性媒介5a、第二非线性媒介5b、长光纤6、光电探测器7、电滤波器8、功分器9、模数转换器10、逻辑运算单元11、数模转换器12、合路器13、电放大器14、光放大器15以及移频装置16；其中，脉冲激光器1、第一光耦合器2a、电光调制器3、光滤波器4、第一非线性媒介5a、第二光耦合器2b、长光纤6、光电探测器7之间依次通过光纤跳线连接；第一光耦合器2a、光放大器15、第二非线性媒介5b、移频装置16、第一非线性媒介5a之间依次通过光纤跳线连接；第一光耦合器2a和第二光耦合器2b之间通过光纤跳线连接；光电探测器7、电滤波器8、功分器9、模数转换器10、逻辑运算单元11、数模转换器12、合路器13、电放大器14、电光调制器3之间依次通过电缆连接；功分器9和合路器13之间通过电缆连接。

根据本发明的实施例，脉冲激光器1发出的激光脉冲信号经第一光耦合器2a分成三束，一束输入电光调制器3，一束输入光放大器15，一束输入第二光耦合器2b；光放大器15对光进行放大后输入第二非线性媒介5b，在第二非线性媒介5b中产生倍频光，倍频后的光经移频装置16移频后输入第一非线性媒介5a；电光调制器3输出的光包含光载波和各阶光边带，经光滤波器4滤除光载波后仅剩各阶光边带；仅剩各阶光边带的光作为信号光输入第一非线性媒介5a，从移频装置16输入第一非线性媒介5a的倍频并移频后的光作为泵浦光，在第一非线性媒介5a中发生光参量放大，由于倍频后的光使用移频装置16进行了移频，因此在简并状态下将对某阶光边带进行放大，并且形成稳定振荡后，信号光和泵浦光的相位差，即空闲光的相位，只有0和π两种状态，从而形成只有两种相位状态的光信号；第一非线性媒介5a输出的光和第一光耦合器2a输出的另一束光一起输入第二光耦合器2b进行合束，经长光纤6传输后在光电探测器7中，光载波和参量放大后的光边带拍频产生第一电信号，例如为微波信号，由于放大后的边带信号只有两种相位状态，因此拍频产生的微波信号也相应的只有两种相位状态，可以分别对应伊辛自旋的两种自旋状态；微波信号经电滤波器8滤除不需要的频率成分后输入功分器9分成两路，一路直接输入合路器13，另一路输入模数转换器10；模数转换器10将模拟信号转换成数字信号输入逻辑运算单元11，逻辑运算单元11中预先存储了描述待优化为题的矩阵H和J，并将模数转换器10输入的信号进行分析得到当前环路振荡的状态并相应的计算出反馈信号，反馈信号通过数模转换器12输出；反馈信号和功分器9输出的另一路信号在合路器13中耦合到一起，经电放大器14放大后输入电光调制器3对光波进行调制。

图3示意性示出了本发明又一个实施例的相干伊辛机的结构图。

根据本发明的实施例，如图3所示，相干伊辛机例如还包括：第一混频器17a和第二混频器17b，其中，第一混频器17a和第二混频器17b分别与模数转换器(10)的输入和数模转换器(12)的输出相连接，第一混频器17a用于对第一电信号进行混频，第二混频器17b用于对第三电信号进行混频，实现微波频率的下转换和上转换，从而避免可能出现的模数转换器和数模转换器采样率不足的问题。

图4示意性示出了本发明又一个实施例的相干伊辛机的结构图。

根据本发明的实施例，如图4所示，相干伊辛机中，例如还可以包括：第三光耦合器2c及第四光耦合器2d，至少两条可调延时线，例如可以包括第一可调延时线18a和第二可调延时线18b，用于提高光电振荡器环路的相干性和频率特性，其中，第三光耦合器2c用于将长光纤6输出的光信号分成至少两束光信号，对至少两束光信号分别延时后，通过第四光耦合器2d合束。即光电振荡器环路可以为单环路、双环路或多环路中的任意一种。

综上所述，本发明实施例提出一种相干伊辛机。通过逻辑运算模块D产生的第二电信号，即反馈信号，来控制电光调制器3对各阶光边带的输出，进而经过光滤波器4过滤光载波后，输出信号光，同时，泵浦光产生模块A中的第二非线性媒介5b和移频装置16对第一光耦合器2a输入的光信号进行倍频和移频，产生泵浦光，第一非线性媒介5a再对信号光进行光参量放大，输出第二信号光和空闲光，并使得第二信号光和空闲光的相位为0或π，可以用于代表伊辛自旋的两种自旋状态。通过相干伊辛机中的低损耗长光纤的时分复用作用和光电探测器引入高相干的微波信号以及可编程的逻辑运算模块D，能够实现相干伊辛机的高相干、大规模以及可编程的有机结合。

图5示意性示出了本发明实施例的一种解决复杂的组合优化问题的方法流程图。

本发明实施例另一方面提供一种组合优化问题的解决方法，如图5所示，该方法例如包括：

S501，使用第二信号光和空闲光的两种相位信息分别代表伊辛自旋的两个自旋状态。

S502，将组合优化问题映射到相干伊辛机的振荡环路的增益和损耗状态中。

S503，求解振荡环路的伊辛能量的最小值，得到组合优化问题的最优解。

其中，求解振荡环路的伊辛能量的最小值包括：根据公式：

H＝∑_ih_iσ_i+∑_i，jJ_ijσ_iσ_j (1)

求解振荡环路的伊辛能量的最小值，其中，H是伊辛能量，σ_i和σ_j分别代表两种伊辛自旋的状态，可取的值为+1或-1，耦合矩阵J和h用于描述组合优化问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相干伊辛机，其特征在于，包括：

脉冲激光器(1)，用于产生光载波；

泵浦光产生模块(A)，用于产生泵浦光；

信号光产生模块(B)，用于产生第一信号光；

第一非线性媒介(5a)，用于对所述第一信号光进行光参量放大，产生第二信号光和空闲光，所述空闲光的相位为所述泵浦光和所述第二信号光的相位之差；

第一光耦合器(2a)，用于将所述光载波分束为第一光载波，第二光载波和第三光载波，将所述第一光载波及所述第二光载波分别输入所述泵浦光产生模块(A)及所述信号光产生模块(B)；

第二光耦合器(2b)，用于耦合所述第三光载波和所述空闲光；

存储转换模块(C)，用于将所述第二光耦合器(2b)输出的光信号存储并转换为第一电信号；

逻辑运算模块(D)，用于对所述第一电信号进行逻辑运算，产生第二电信号，并输入所述第二电信号到所述信号光产生模块(B)。

2.根据权利要求1所述的相干伊辛机，其特征在于，所述泵浦光产生模块(A)包括：

第二非线性媒介(5b)和移频装置(16)；

其中，所述第二非线性媒介(5b)用于对所述第一光载波进行倍频；

所述移频装置(16)用于对倍频后的光载波进行移频，得到所述泵浦光。

3.根据权利要求2所述的相干伊辛机，其特征在于，所述第二非线性媒介(5b)用于对所述第一光载波进行倍频，使倍频后的光载波的频率为所述第一光载波频率的二倍；

所述移频装置(16)用于对所述倍频后的光载波进行移频，使所述泵浦光的频率为所述第二信号光频率的二倍；

所述移频装置(16)包括声光移频器，或者电光调制器和光滤波器，或者热光调制器和光滤波器。

4.根据权利要求1所述的相干伊辛机，其特征在于，所述信号光产生模块(B)包括：

电光调制器(3)和光滤波器(4)；

其中，所述电光调制器(3)用于使用所述第二电信号对所述第二光载波进行调制，输出所述第二光载波和光边带；

所述光滤波器(4)用于滤除所述第二光载波，得到所述第一信号光。

5.根据权利要求1所述的相干伊辛机，其特征在于，所述逻辑运算模块(D)包括：

功分器(9)，模数转换器(10)，逻辑运算单元(11)，数模转换器(12)和合路器(13)；

其中，所述功分器(9)用于将所述第一电信号分路传输，一路输入所述模数转换器(10)，另一路输入所述合路器(13)；

所述模数转换器(10)用于将一路所述第一电信号转化为数字信号；

所述逻辑运算单元(11)用于对所述数字信号进行逻辑运算，将待优化问题映射到所述第二信号光和空闲光的相位信息上；

所述数模转换器(12)用于将经过逻辑运算后的所述数字信号转换为第三电信号；

所述合路器(13)用于将所述第三电信号和另一路所述第一电信号合并成所述第二电信号。

6.根据权利要求1所述的相干伊辛机，其特征在于，所述存储转换模块(C)包括：

长光纤(6)和光电探测器(7)；

其中，所述长光纤(6)用于存储所述第二光耦合器(2b)输出的光信号，以延长所述光信号的传输时间，以及利用时分复用技术实现大规模的所述光信号；

所述光电探测器(7)用于将所述光信号转换成所述第一电信号。

7.根据权利要求2所述的相干伊辛机，其特征在于，所述第一非线性媒介(5a)和所述第二非线性媒介(5b)为周期极化铌酸锂或高非线性光纤中的一种。

8.根据权利要求3所述的相干伊辛机，其特征在于，所述光滤波器(4)为窄带带阻光滤波器。

9.根据权利要求5所述的相干伊辛机，其特征在于，所述相干伊辛机还包括：

至少一个放大器，电滤波器(8)以及第一混频器(17a)和第二混频器(17b)；

其中，所述电滤波器(8)用于对所述相干伊辛机电路中的电信号进行滤波；

所述放大器用于提高所述相干伊辛机的环路增益，促进起振，所述放大器包括电放大器(14)和/或光放大器(15)；

所述第一混频器(17a)和所述第二混频器(17b)分别与所述模数转换器(10)的输入和所述数模转换器(12)的输出相连接，所述第一混频器(17a)用于对所述第一电信号进行混频，所述第二混频器(17b)用于对所述第三电信号进行混频。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的相干伊辛机的组合优化问题的解决方法，其特征在于，包括：

使用第二信号光和空闲光的两种相位信息分别代表伊辛自旋的两种自旋状态；

将所述组合优化问题映射到所述相干伊辛机的振荡环路的增益和损耗状态中；

求解所述振荡环路的伊辛能量的最小值，得到所述组合优化问题的最优解；

其中，所述求解所述振荡环路的伊辛能量的最小值包括：

根据公式：

求解所述振荡环路的伊辛能量的最小值，其中，H是伊辛能量，σ_i和σ_j分别代表两种伊辛自旋的状态，可取的值为+1或-1，耦合矩阵J和h用于描述所述组合优化问题。