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超强激光科学卓越创新简报

(第七百三十期)

2025年11月28日

上海光机所在大自旋规模全连接光子伊辛机研究中取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所光电前沿交叉部研究团队在大自旋规模的全连接空间光子伊辛机研究中取得进展，相关研究成果以“Enhanced,fully connected 360 000-spin spatial photonic Ising machine”为题发表于Physical Review Applied。

伊辛模型是用来描述复杂相互作用体系有力的模型，也是量子模拟的重要应用场景之一，在神经网络、金融分析、组合优化等领域具有广泛应用。利用传统电子计算机求解大规模伊辛模型面临算力和功耗的双重限制。相比之下，光子伊辛机作为伊辛模型的一种物理映射，具有高速、并行、低功耗等优势。在光子伊辛机众多方案中，基于空间光复振幅调制实现的空间光子伊辛机（SPIM）具有结构简单、环境适应性好和可扩展性好等优势，却因为模拟计算的本质其计算精度不高，导致其伊辛自旋规模难以进一步拓展，从而严重制约了其实际应用。

本工作中，研究人员分析了像差对SPIM计算精度的影响，并通过测量和补偿空间光调制器（SLM）引入的波像差显著降低了计算误差。此外，通过引入动态团簇翻转算法，提升了CMOS相机对单次自旋翻转信号变化的探测能力，同时兼顾了模拟退火的迭代速度和精度。基于该增强的SPIM系统，研究人员演示了具有最大360000个自旋的数集分割问题的求解，多次实验平均求解精度达到97.80%。本工作中使用的方法在扩展SPIM的计算规模同时保持较好的计算精度上十分有效，对于推动SPIM的实际应用具有重要意义。

原文链接

图1. 像差校正与自适应团簇增强型空间光子伊辛机原理示意图

图2. (a)计算误差：像差校正前7.82%，像差校正后0.73%；(b)360000自旋规模的数集分割求解实验的迭代曲线。

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