Programmable optical differential Ising machines

Xin Ye

doi:10.1038/s42005-026-02838-7

Programmable optical differential Ising machines

2026-09-01

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DOI：10.1038/s42005-026-02838-7

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光学伊辛机为组合优化和物理系统仿真提供了一种硬件方法，但其可扩展性受冗余矩阵运算和模拟调制精度的限制。本文展示了一种可编程的光学微分伊辛机，它直接评估哈密顿量的变化而非完整的哈密顿量。60至2000自旋的数值模拟表明，6位模数转换和5位数模转换足以获得接近高精度数字参考的解质量，相位误差容限约为0.3–0.4弧度。在双通道光纤原型机上的实验重现了代表性伊辛模型的相变行为，并通过多自旋并行退火（PT）程序解决了MaxCut基准问题。该系统在少于500次PT迭代内为800自旋的G1实例达到已知最佳切割，并为2000自旋的G22实例达到已知最佳切割的99.66%。这些结果确立了微分光学反馈作为可扩展伊辛模型计算的途径。作者开发了一种可编程的光学微分伊辛机，它直接计算哈密顿量变化以消除冗余的完整矩阵计算，用于伊辛组合优化和物理系统仿真。模拟和光纤原型机实验验证该硬件仅需5位DAC和6位ADC，相位误差容限为0.3–0.4弧度，并通过多自旋并行退火为800自旋基准问题获得最优MaxCut解，为2000自旋实例达到已知最优解的99.66%。

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