[发明专利]伊辛机数据输入设备以及将数据输入至伊辛机的方法

说明书

本发明提供了一种伊辛机数据输入设备和将数据输入至伊辛机的方法。该设备包括转换器，该转换器执行转换处理以将不适于输入至伊辛机的格式的输入表达式转换成适合的格式，该转换器基于输入表达式来创建输入输出数据对的数据集，通过将第一数据集子集拟合成适合的格式的示例性数学表达式的系数来导出数学表达式，并且使用不同于第一数据集子集的第二数据集子集来评估所导出的数学表达式是否满足预设的质量度量。当所导出的数学表达式被评估为满足该度量时，所导出的数学表达式被输入至伊辛机。当所导出的数学表达式被评估为不满足该度量时，转换器使用不同的输入表达式来重复转换处理。

技术领域

本发明的实施方式涉及伊辛机(ising machine)数据输入设备和将数据输入至伊辛机的方法。

背景技术

优化是从可能解的集合中找到最佳(或接近最佳)解的过程。组合优化是优化的子集，其包括在有限的对象集合中找到最优(或接近最优)对象。组合优化问题的示例是任务调度、交通工具路线、投资组合优化，仅举几例。从需要花费不切实际的时间量(例如，数年、千年或更长时间)获得精确最优解的意义上来说，大多数组合优化问题非常难以解决。正因如此，已经设计了许多可以在实际的时间量(例如，数秒、数分钟、数小时或数天)内获得接近近似(通常在精确最优解的百分之几之内)的近似技术。这样的近似技术的示例是模拟退火或进化优化。

伊辛机(Ising machine)(也称为退火炉)是能够非常快速且有效地解决特定类别的组合优化问题的光学计算机。这样的专用计算架构可以在解决组合优化问题时提供数量级的加速。现今存在的伊辛机的示例是富士通的Digital Annealer^TM或者由D-WaveSystems^TM提供的机器(例如，D-Wave 2000Q^TM)。

给定初始输入配置，伊辛机将该初始输入配置演变为使系统的总“能量”最小化的输出配置。通常将输入配置表示为包括正条目和负条目(表示为+1和-1、0或1或者自旋向上、自旋向下)的2D矩阵。在附图的图2中给出了该过程的示例，其中分别使用白点/黑点描绘正条目/负条目。该系统在左侧设置有随机初始状态，并且在一定量时间之后，将达到右侧所示的作为系统的输出的最小(或接近最小)能量状态。

为了能够在伊辛机上求解，必须将初始优化问题转变为二次无约束二进制优化(Quadratic unconstrained Binary Optimization,QUBO)形式，这通常需要两个步骤：从非二进制公式表示(formation)转换为二进制公式表示，以及将二进制公式表示转换为二次无约束公式表示。现今，将优化问题转换为QUBO形式是困难且耗时的手动过程，该手动过程仅能由人类专家执行，如附图的图1的顶部所示。

N阶QUBO公式表示由以下公式表达：

等式1：QUBO公式表示

在上面的公式中，使用针对线性部分的系数向量c_i和二次部分的矩阵Q_ij分别对要最小化的表达式E()(对应于系统的能量)进行公式化。向量X＝(X₁...Xn)表示配置。

上面的QUBO公式表示与优化问题的常用公式表示非常不同，常用公式表示如下：

满足 g_i(x)≤0，i＝1，...，m

h_j(x)＝0，j＝1，...，p

在上面示出的常用公式表示中，函数f(x)受约束而最小化，约束可以以不等式形式(由函数g_i表示)或等式形式(由函数h_i表示)给出，并且x通常为非二进制形式的向量。