[發明專利]一種處理組合優化問題的電路

在審

• 申請號: 202210156132.8
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114626536A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 姚恩義;龐欣源;黃宇康
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06E1/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

本發明公開了一種處理組合優化問題的電路，包括全局隨機數生成模塊、翻轉概率計算單元、接收決策模塊、自旋更新單元、ROM、第一選擇器以及若干局部能量單元；局部能量單元的輸出與第一選擇器相連接，第一選擇器的輸出以及概率翻轉計算單元的輸出均接入接收決策模塊，接收決策模塊的輸出分別連接至自旋更新單元和局部能量單元，全局隨機數生成模塊生成的隨機數輸出至第一選擇器、ROM和自旋更新單元，自旋更新單元的輸出以及ROM的輸出均接入局部能量單元的輸入。本發明總體上通過數模混合的方法避免了量子計算機對于極端工作環境的要求和計算過程中遇到的問題，通過模擬伊辛模型的方式給出了一種解決組合優化問題的電路，可廣泛應用于電路領域。

技術領域

本發明涉及電路領域，尤其涉及一種處理組合優化問題的電路。

背景技術

近年來，隨著傳統的馮·諾伊曼計算機架構中的“內存墻”等問題日趨嚴峻，處理器和內存之間有限的帶寬已成為提高系統性能的關鍵瓶頸之一，量子計算機的概念因此逐漸火熱。量子計算機是一種通過量子力學規律以實現數學和邏輯運算，處理和儲存信息的系統。加拿大D-Wave公司于2007年首次推出的以量子退火算法為核心原理的專用量子計算機，可以利用量子動力學來加速解決復雜的離散優化、約束滿足、組合優化問題和模擬問題等傳統計算機難以解決的問題。

在以上各項難題中，組合優化問題是最具有代表性的。組合優化問題指的是，在有限的一組對象中評估各種不同的組合，最終找到最佳組合。由于組合數量隨著待考慮因素數量的增加而爆炸式地增加，因此使用傳統的馮·諾伊曼類型的處理器很難在短時間內找到最佳答案。

然而，盡管在D-Wave量子計算機研制進程中，所需物理器件的硬件要求隨著設備的構建技術與精度的不斷提升而不斷降低，技術的提升與硬件要求的降低并不能解決D-Wave量子計算機目前遇到的幾個關鍵難題：

一、超低溫工作環境。D-Wave系統必須保持在接近絕對零度，與周圍環境相隔離，屏蔽電磁干擾的環境中，才能以量子力學的方式運行。

二、無法實現全連接。D-Wave硬件互聯結構不能實現高于兩個量子比特的耦合，且量子單元內部的量子比特間互相獨立，即所有量子比特之間難以實現全連接，如圖1所示。

三、量子消相干現象。量子比特會受到外界環境干擾而產生量子糾纏，量子相干性極易受到量子糾纏的干擾，坍縮為經典態，進而影響計算結果的準確性。

發明內容

為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在于提供一種處理組合優化問題的電路。

本發明所采用的技術方案是：

一種處理組合優化問題的電路，包括全局隨機數生成模塊、翻轉概率計算單元、接收決策模塊、自旋更新單元、ROM、第一選擇器以及若干局部能量單元；

所述局部能量單元的輸出與第一選擇器相連接，所述第一選擇器的輸出以及概率翻轉計算單元的輸出均接入接收決策模塊，所述接收決策模塊的輸出分別連接至自旋更新單元和局部能量單元，所述全局隨機數生成模塊生成的隨機數輸出至第一選擇器、ROM和自旋更新單元，所述自旋更新單元的輸出以及ROM的輸出均接入局部能量單元的輸入；

所述處理組合優化問題的電路采用基于數字集成的電路設計伊辛模型連接矩陣，將組合優化問題映射到伊辛模型上，通過數字集成電路的方式完成自旋和權重矩陣的相乘過程，從而并行計算得到退火過程所需的局部場。

進一步地，所述ROM用于存儲自旋之間連接的權重信息；

所述ROM存儲大小為N*N的權值矩陣，其中N是自旋的總數；所述ROM的每一位代表了兩個自旋之間的連接關系。

進一步地，所述翻轉概率計算單元包括溫度更新單元、線性近似單元、第一乘法器；