(57)【要約】      （修正有）【課題】フィードバック入力をする際の光の位相同期が不要となるイジングモデルの計算装置を提供する。【解決手段】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位相感応増幅器２と、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３と、光パルスに関わる相互作用に基づいてフィードバック値を算出する相互作用計算部４１と、光パルスに関わる相互作用を実装する相互作用実装部５１とを備える。光パルス測定部は、光パルス測定部と相互作用計算部と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、複数の光パルスが安定状態に到達した後に測定した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。【選択図】図２
2018147229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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位相感応増幅器と、
前記位相感応増幅器から出力された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に基づいて、フィードバック値を算出する、相互作用計算部と、
前記複数の光パルスと同じ数の複数の光パルスを出力する外部光源と、
前記相互作用計算部において算出された前記フィードバック値に基づいて、前記外部光源から出力された前記複数の光パルスと同じ数の複数の光パルスの位相および振幅を変調することにより、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。
【請求項２】
前記相互作用計算部は、測定したＮ個の光パルスの位相および振幅ｃ1、ｃ2、ｃ3、ｃ4、・ｃi・ｃN-1、ｃNを要素とする列ベクトルに対し、イジングモデルの結合係数を演算パラメータとする以下に示す行列を乗算して、得られた列ベクトルの要素ｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4、・ｆi・ｆN-1、ｆNを前記Ｍ個の光パルスに対応するＮ個のある光パルスに関わる相互作用として演算することを特徴とする請求項１に記載のイジングモデルの計算装置。
【数１】
2018147229.tif 000021
【請求項３】
前記相互作用計算部は、前記演算した相互作用において得られたｆｉとｉ番目の光パルスのｃｏｓ成分ｃｉを用いて、Ｂｉ（ｎ）＝Ｃｉ＋ｆｉにより、周回数（ｎ）における各光パルスが相互作用を受けた後の位相および振幅Ｂｉ（ｎ）をフィードバック値として算出することを特徴とする請求項２に記載のイジングモデルの計算装置。
【請求項４】
前記位相感応増幅器は、周波数が２ωのポンプ光を入力されて、光パラメトリック過程により周波数がωの微弱な雑音光パルス列を発生し、光パルス列と、該光パルス列に完全に位相整合した周波数が２ωのポンプ光とが入力されて、前記光パルス列を０またはπの位相で増幅することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイジングモデルの計算装置。
【請求項５】
前記光パルス測定部は、前記位相感応増幅器に入力される前記ポンプ光を生成するための局部発振光を基準光としたバランスドホモダイン検波器によるホモダイン検波により光パルスの位相および振幅を測定することを特徴とする請求項４に記載のイジングモデルの計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【数１】
2018147229.tif 000003
【０００５】
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。
【０００６】
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）。
【０００７】
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）。２値化ＯＰＯは縮退パラメトリック発振器（ＤＯＰＯ：Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いて生成できる。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。
【０００８】
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、あらかじめ結合係数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）
【０００９】
【数２】
2018147229.tif 000004
【００１０】
（ｃｊ：ｊ番目のサイトのＯＰＯ振幅）を演算し、外部光パルス入力部５により演算結果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の位相に相関関係を付与することができる。
【００１１】
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内を周回増幅させて、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５６１２６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
イジングモデルの計算装置においては、リング共振器１内の光パルス列に対するフィードバック入力、すなわち外部光パルス入力部５による外部光パルスを入力する際において、入力する外部光パルスとリング共振器１内の光パルス列との間で位相同期をとる必要がある。この位相同期は、１０-15秒の精度で相対時間を合わせる必要があるため高精度な位相調整が必要となる。
【００１４】
また、演算器４での計算中は、長距離のリング共振器１内で光パルス列を保持する必要があるため、システムサイズＮ（Ｎは光パルス列を構成する光パルスの総数）が大きくなるにつれて、リング共振器１の大きさが大きくなり、光路長のゆらぎのために安定な光発振が困難になる。
【００１５】
本発明はかかる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、フィードバック入力をする際の光の位相同期が不要となるイジングモデルの計算装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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位相感応増幅器と、前記位相感応増幅器から出力された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に基づいて、フィードバック値を算出する、相互作用計算部と、前記複数の光パルスと同じ数の複数の光パルスを出力する外部光源と、前記相互作用計算部において算出された前記フィードバック値に基づいて、前記外部光源から出力された前記複数の光パルスと同じ数の複数の光パルスの位相および振幅を変調することにより、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である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のイジングモデルの計算装置の基本構成を示す図である。
【図２】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３】バランスドホモダイン検波器の構成例を示す図である。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１９】
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（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。
【００２０】
【数３】
2018147229.tif 000005
【００２１】
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、光ファイバ導波路１０上に設けられた外部光源６と光変調器５１とＰＳＡ（位相感応増幅器）２と測定器３と、測定器３の出力および光変調器５１の入力に電気的に接続されたフィードバックループを構成する演算器４１とを備えて構成される。
【００２２】
ＰＳＡ２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、ポンプ光源（厳密にはポンプ光パルス生成に用いる局発光）の位相に対して０またはπの位相において効率よく増幅させる。ＰＳＡ２は、例えば２次の非線形光学効果を発現するＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）などの２次の非線形光学結晶を用いて構成することができる。
【００２３】
ＰＳＡ２は、シグナル光（信号光）とポンプ光（励起光）が入力されると、ポンプ光源の位相に対して０またはπの位相の微弱なパルス（アイドラ光）を発生する。ＰＳＡ２では、最初にシグナル光が発生していない状態でポンプ光のみを入力した場合でも、自然放出光（雑音光）として微弱なパルスを発生することができる。
【００２４】
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変換した２倍波である周波数２ωがポンプ光として入力されると、（これまでポンプ光がなく、まさにポンプ光を入れ始めたときには）パラメトリック下方変換過程により微弱な雑音光パルス列が発生する。さらに、ＰＳＡ２では、外部光源６から出力されて光ファイバ導波路１０を伝搬する光パルス列が入力されたとき、かかる光パルス列がシグナル光
【００２５】
【数４】
2018147229.tif 000006
【００２６】
となり、このシグナル光に完全に位相整合したポンプ光
【００２７】
【数５】
2018147229.tif 000007
【００２８】
がさらにＰＳＡ２に入力されると、２次の非線形光学効果であるＯＰＯ（光パラメトリック発振）により、シグナル光Ｅｓの位相共役波となるアイドラ光
【００２９】
【数６】
2018147229.tif 000008
【００３０】
が発生する。
【００３１】
このとき、シグナル光とアイドラ光の周波数が一致する場合、以下の縮退波が出力される。
【００３２】
【数７】
2018147229.tif 000009
【００３３】
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なので、位相が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、ＰＳＡ２では当初発生した微弱な光パルス列のうち、０またはπの位相成分が増幅されることになる。
【００３４】
光ファイバ導波路１０は、従来例とは異なり、リングやループなどの周回共振器構造を構成せずに、外部光源６から出力された複数の光パルス（光パルス列）を変調器５１を介してＰＳＡ２まで伝搬させ、ＰＳＡ２から出力された光パルス列を測定器３まで伝搬させる。光ファイバ６は、その長さは特に制限がなく、図１に示す従来のイジングモデルの計算装置よりも相当短く、例えば１ｍの長さに設定することができる。
【００３５】
測定部３は、光ファイバ導波路１０より入来する複数の光パルスの位相および振幅を測定して電気信号として出力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、ＰＳＡ２から出力された後、光ファイバ導波路１０を伝搬した光パルス列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。
【００３６】
図３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。
【００３７】
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。
【００３８】
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
【００３９】
【数８】
2018147229.tif 000010
【００４０】
がポート３から出力され、第１の検出器３２では、光強度
【００４１】
【数９】
2018147229.tif 000011
【００４２】
を示す電気信号が検出される。
【００４３】
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
【００４４】
【数１０】
2018147229.tif 000012
【００４５】
がポート４から出力され、第２の検出器３３では、光強度
【００４６】
【数１１】
2018147229.tif 000013
【００４７】
で表される電気信号が検出される。
【００４８】
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。
【００４９】
したがって、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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の情報を入力として、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に基づいて決定される光パルスが関わる相互作用を決定し、その相互作用を受けた後の光パルスの位相および振幅（相互作用の結合結果）をフィードバック値として演算する相互作用計算部として機能する。演算器４１としては例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのデジタル演算器を用いることができる。
【００５３】
具体的には演算器４１は、まず、測定部３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い、相互作用を決定する。
【００５４】
【数１２】
2018147229.tif 000014
【００５５】
上式において、ｃ1、ｃ2、ｃ3、ｃ4、ｃ5（ｃi）はそれぞれ測定部３における各光パルスについての測定結果であり、ｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4、ｆ5（ｆi）はそれぞれ各光パルスが他の光パルスからうける相互作用の演算結果である。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。
【００５６】
上式（３）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、相互作用を決定することができる。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、相互作用を決定するために次の行列の演算を行なう。
【００５７】
【数１３】
2018147229.tif 000015
【００５８】
演算器４１では、さらに以下に示す式（４）に従って演算を行ない、周回数（ｎ＋１）における各光パルスについての相互作用の結合結果Ｂi（ｎ）をフィードバック値として得る。ここで周回数とは、ＰＳＡ２から出力された回数をいう。
【００５９】
【数１４】
2018147229.tif 000016
【００６０】
上式（４）において、Ｂｉ（ｎ）は周回数（ｎ）におけるｉ番目の光パルスについての相互作用の結合結果であり、ｃｉはｉ番目の光パルスのｃｏｓ成分であり、Ｎはサイト数である。式（４）において、第１項は、測定部３におけるｉ番目の光パルスについての測定結果であり、第２項は、相互作用を算出する上式（３）に基づいて得られたｉ番目の光パルスが他の光パルスからうける相互作用の合計値である。このように測定した光パルスの値に他のパルスからの受ける相互作用を合計することでフィードバック値となる演算結果Ｂi（ｎ）を得ることができる。いいかえると、式（３）で得たｉ番目の光パルスが他の光パルスからうける相互作用の合計値ｆｉを用いると、結合結果である上式（４）は、Ｂｉ（ｎ）＝Ｃｉ（ｎ）＋ｆｉとすることができる。
【００６１】
このように、従来ではリング共振器内を周回伝搬する光パルス列を用いていたが、本実施形態ではリング共振器を用いず、相互作用を与えるための外部の光パルスとの合波による光干渉効果を演算器４１で電子演算処理して得ることができる。また、本実施形態では、光パルス列の位相および振幅の情報は測定の都度、数値化されて演算器４１のメモリに格納されるため、従来のようにフィードバック入力を受ける光パルス列を長距離のリング共振器内で周回伝搬させる必要もなくなり、リング共振器が不要になるので、光回路の簡素化・小型化が可能になる。
【００６２】
光変調器５１は、演算器４１で演算された演算結果Ｂi（ｎ）を用いて、外部光源６で発生した光パルスの振幅および位相を変調することにより、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。外部光源６はＰＳＡ２で発生させた光パルス列と同じ数の光パルスを出力することができる。本実施形態では、光変調器５１が外部光源６の出力に設けられており、外部光源６から出力された光パルスの振幅および位相を演算器４１の電器出力にしたがって変調することで、光パルス列に対するフィードバックを行なうので、２つの光パルスを合波するために光の位相同期を行なう必要がない。
【００６３】
実際には、光変調器５１は、演算器４１における演算結果Ｂi（ｎ）を入力として、外部光源６から出力された光パルス列の透過率を以下のように変調する。
【００６４】
光変調器５１は２アームのマッハツェンダで構成されるｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ変調器などを用いて構成することができる。ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ変調器の場合、その光電界の応答関数は
【００６５】
【数１５】
2018147229.tif 000017
【００６６】
で表される。ここでＡは変調器の最大透過率、
【００６７】
【数１６】
2018147229.tif 000018
【００６８】
であり、φは変調器のバイアスである。したがって、ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ変調器を用いた光変調器５１における実際の変調量Ｔは、φを変調器のバイアスとすると、θ＜｜π／２｜の場合、
【００６９】
【数１７】
2018147229.tif 000019
【００７０】
となる。特に、θ＜＜π／２の時は、
【００７１】
【数１８】
2018147229.tif 000020
【００７２】
となる。
【００７３】
上式（５）、（６）によれば、サイト数が比較的小さい問題や、結合数が比較的小さい問題、また、結合係数Ｊijを比較的小さく設定した場合は、式（６）に従って、入力に対してほぼ線形的に変調を与えることができるので、ほぼ理想的にフィードバックを各光パルス列に与えることが可能であることが判る。したがって、光パルス変調器５１として２アームのマッハツェンダで構成されるｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ変調器を用いる場合は、サイト数や結合数が比較的小さい問題を扱うことが好ましいといえる。
【００７４】
このように、光変調器５１に対し、演算器４１の演算結果に応じた入力を与えることにより、外部光源６内の光パルス列に擬似的な相互作用と測定部３で測定した光パルスの強度をフィードバック入力することができる。
【００７５】
光変調器５１は外部光源６から出力された光パルス列に対し、演算器４１で演算された演算結果Ｂi（ｎ）に応じた変調を与えて、フィードバックされた光パルス列Ｂi（ｎ）を擬似的に生成してＰＳＡ２に入力する。ＰＳＡ２に入力された光パルス列Ｂi（ｎ）は増幅されて、Ｃi（ｎ＋１）となり、再び測定部３により測定される。
【００７６】
光変調器５１と外部光源６とで生成されるフィードバックされた光パルス列の光強度は、最初は強度が低く設定されるが、フィードバックを繰り返すたびに強くなっていき、光強度が飽和した段階で計算が終了する。
【００７７】
光変調器５１で変調された光パルス列が再びＰＳＡ２に入力すると、入力した光パルス列は増幅される。以上の構成により、本実施形態の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。
【００７８】
図４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３に示すように、イジングモデルの計算装置では、最初にＰＳＡ２に対してポンプ光が注入されると、微弱な雑音光パルス列が発生し（Ｓ１）、発生した光パルス列は光ファイバ導波路１０を伝搬して測定部３に入力する。（雑音）光パルス列は、測定部３によりその振幅および位相の情報が測定される（Ｓ２）。
【００７９】
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がマッピングされた行列により相互作用が演算され、演算された相互作用に基づいてフィードバック値が演算される（Ｓ４）。光パルス変調器５１は、フィードバック値が入力されると、外部光源６から出力された各光パルスに対して、変調器を用いてフィードバック信号にしたがった変調を与えることにより各パルスに対するフィードバックを与える（Ｓ５）。
【００８０】
フィードバック後の光パルス列は、光ファイバ導波路１０を伝搬して再びＰＳＡ２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（Ｓ６）、再び光ファイバ導波路１０を伝搬して測定器３に入力する。ＰＳＡ２で増幅された後、測定器３に再び入力された光パルス列に対して、再びコヒーレント測定、行列による演算およびフィードバック値の算出、フィードバック値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。
【００８１】
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（Ｓ３）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。
【００８２】
本実施形態のイジングモデルの計算装置では、フィードバック入力後の光パルス列を外部光源６と光変調器５１とで生成する構成であるので、共振器が不用になり、相互作用に基づくフィードバック入力をする際の光の位相同期が不要となる。
【００８３】
以上の実施形態において説明したイジングモデルの計算装置において、外部光源６、光変調器５１、ＰＳＡ２、および測定器３で構成される系を複数用意し、これらの複数の系の測定器３において測定した光パルス列の位相および振幅を１つの演算器４１でまとめて演算して、フィードバック値を求めて、複数の系の光変調器５１に入力することにより、より大きな規模の計算を行うことができるようになる。
【００８４】
また、ＰＳＡ２に代えて、非線形なゲイン特性を有する光増幅器を用いることもできる。
【００８５】
以上の実施形態において説明したイジングモデルの計算装置は、ＰＳＡとして２次の非線形光学効果を発現するＰＰＬＮなどの非線形光学結晶によって構成される場合を例に挙げて説明したが、非線形光ファイバなどにより３次の非線形光学効果を発現する構成でもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１    リング共振器
１０  光ファイバ導波路
２    ＰＳＡ（位相感応増幅器）
３    測定部
４、４１    演算器
５    外部光パルス入力部
５１  光変調器
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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