一种基于正交伪随机相位编码的光场并行计算装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106126187A(43)申请公布日2016.11.16(21)申请号201610450963.0(22)申请日2016.06.20(71)申请人符建地址310031浙江省杭州市西湖区紫金文苑24幢701(72)发明人符建(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人邱启旺(51)Int.Cl.G06F5/01(2006.01)H04B10/70(2013.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种基于正交伪随机相位编码的光场并行计算装置及方法(57)摘要本发明公开一种基于正交伪随机相位编码的光场并行计算装置及方法，其特征为一束相干光经过分束器分成若干个相干光束，每一个相干光束被相位调制器调制上一个伪随机相位编码以示区分，经过哈德玛德型模式控制器，得到初始叠加态，叠加初态在由模式控制器、光开关、分束器、合束器等构成的门阵列得到最终叠加态，通过一种基于轮询机制的相干检测方法，得到表示的状态；这种方法采用光场两个正交模式(偏振模式或者横向模式)当作0和1的编码，在计算中保持场的叠加性，利用伪随机相位编码区分不同的光场实现不同的计算位，能够得到和量子计算相类似的并行计算功能。CN106126187ACN106126187A权利要求书1/2页1.一种基于正交伪随机相位编码的光场并行计算装置，其特征在于，它包括：分束器(2)、相位调制器(4)、哈德玛德型模式变换器(5)、变换门阵列(6)和正交编码相干检测器(7)；待计算的一束相干光场(1)经过分束器(2)分成若干个束相干光场(3)，每一束相干光场被相位调制器(4)调制后，获得一个正交伪随机相位编码以示区分，以相干光场的两个正交模式编码为计算机的0和1，这些光场经过哈德玛德型模式变换器(5)，得到初始叠加态；初始叠加态经过模式变换门阵列(6)操作后得到最终叠加态；然后最终叠加态通过正交编码相干检测器(7)进行检测，得到最终叠加态的模式状态矩阵(8)，最后通过一种基于序列遍历机制读出方法得到这些场表示的计算结果。2.一种权利要求1所述装置的并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始叠加态的产生：一束相干光场(1)经过分束器(2)分成若干个束相干光场(3)，每一束相干光场被相位调制器调制上一个正交伪随机相位编码，以示区分，以相干光场的两个正交模式编码为计算机的|0>和|1>，这些光场经过哈德玛德型模式变换器，得到初始叠加态；(2)门阵列实现模式变换：初始叠加态输入到模式变换门阵列(6)，初始叠加态中的每个光场经过变换后，变成最终叠加态如下：ψn为第n个场，|>表示相干光场正交模式；n表示叠加态序数，N为最大随机序列数；i,j＝1,2,3，……N，和分别是经典场的模式|0>和|1>的叠加系数；为相位，λ(i)为第i个正交随机编码序列。(3)正交编码相干检测：将最终叠加态中的光场逐一进行正交编码相干检测，得到模式状态矩阵:(4)序列遍历读出得到结果：为了读出最后的计算结果，需要基于序列遍历机制得到模式矩阵所表示的叠加态，首先定义一种基于序列轮询的简单序列遍历机制如下：(1)(2)(n)(2)(3)(n)(1)(n)(1)(n-1)R1＝{λ,λ,…λ},R2＝{λ,λ,…λ,λ},…Rn＝{λ,λ,…λ}利用序列的这种排列次序，可以从模式状态矩阵得到每个光场展示出的叠加状态：3.根据权利要求1和2所述的光场并行计算装置及方法，其特征在于，所述的正交伪随2CN106126187A权利要求书2/2页机相位编码，是指一种通过线性或非线性反馈移位寄存器方法产生的一组具有正交性、封闭性、平衡性的伪随机编码，经过相位调制器调制到光场的相位上。伪随机编码产生的方法如下：(1)选择一个伽罗华域GF(p)的s阶本源多项式，利用反馈移位寄存器(LFSR/nLFSR)方法产生一个长度为ps-1的基本序列；(2)通过基本序列的循环移位得到其他序列；所述循环移位方法为：如下所示：以ps＝23为例，R1＝{1，1，1，0，0，1，0}；R2＝{1，1，0，0，1，0，1}；R3＝{1，0，0，1，0，1，1}；R4＝{0，0，1，0，1，1，1}；R5＝{0，1，0，1，1，1，0}R6＝{1，0，1，1，1，0，0}R7＝{0，1，1，1，0，0，1}。(3)在每个序列的最后增加一个0元素，使序列所有取值个数相等，满足均衡性，得到序列元素；(4)将序列元素的值映射到相干光场，映射方式为：0→0，1→π/p，2→2π/p，…，p-1→(p-1)π/p。4.根据权利要求1和2所述的光场并行计算装置及方法，其特征在于，所述的哈德玛德型模式变换器，是指一种将光场由|0>或|1>的模式变换成相干叠加模式(|0>±