[发明专利]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

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。

主权项

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；该装置通过以下步骤进行计算：(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：ψ_n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：R1＝{λ(1)，λ(2)，...λ(n)}，R2＝{λ(2)，λ(3)，...λ(n)，λ(1)}，...Rn＝{λ(n)，λ(1)，...λ(n‑1)}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：表示卷积。