Network of Time-Multiplexed Optical Parametric Oscillators as a Coherent Ising Machine
寻找伊辛哈密顿量的基态[1]映射到生物学、医学、无线通信、人工智能和社会网络中的各种组合优化问题。到目前为止，还没有有效的经典和量子算法来解决这些问题，深入的研究集中在创建物理系统-伊辛机-能够找到伊辛哈密顿量的绝对或近似基态[2-6]。在这里，我们报告了一种新的伊辛机使用网络的简并光学参量振荡器（OPO）。自旋用OPO的阈值以上二元相位表示，伊辛耦合通过相互注入实现[7]。该网络实现在一个单一的OPO环形腔与多个列车的飞秒脉冲和可配置的相互耦合，并在室温下工作。我们在机器上编程了最小的非确定性多项式时间（NP）-困难伊辛问题，在1000次机器运行中没有检测到计算错误。
2014-07-10 physics.optics quant-ph
Coherent dynamics in frustrated coupled parametric oscillators
我们探讨了三个耦合参量振荡器的小网络中的相干动力学，并证明了挫折对它们之间的持续跳动的影响。由于单模参量振荡器代表经典伊辛自旋的模拟，耦合参量振荡器网络被认为是伊辛自旋模型的模拟器，旨在有效地计算伊辛网络的基态-计算困难的问题。然而，耦合参量振荡器的相干动力学可以比伊辛自旋的相干动力学丰富得多，这取决于它们之间的耦合性质（能量保持或耗散），就像最近两个耦合参量振荡器所显示的那样。特别是，当能量保持耦合占主导地位时，系统显示出永恒的相干拍，超越了伊辛描述。在这里，我们将这些研究结果扩展到三个耦合参量振荡器，特别关注的耗散耦合的挫折的影响。我们从理论上分析使用耦合非线性Mathieu方程的动力学，并证实了我们的理论研究结果的数值模拟，密切模仿系统的动态在一个实际的实验。我们的主要发现是，挫折会极大地改变这种动态。而在没有挫折的系统是类似的两个振荡器的情况下，挫折完全扭转了耦合的作用，并拍发现小能量保存耦合。
2020-08-28 nlin.CD physics.optics
Hyperscaling in the coherent hyperspin machine
针对相干Ising机在有限尺寸缩放中成功率指数下降的问题，提出利用Ising Hamiltonian高维嵌入和维度退火实现性能指数级提升的超尺度缩放方法，并给出了基于现成技术的实验实现方案。
2023-08-04 physics.optics quant-ph
All-optical scalable spatial coherent Ising machine
模拟耦合伊辛自旋的光学振荡器网络最近被提出作为解决困难优化问题的启发式平台。这些网络被称为相干伊辛机（CIM），利用耦合振子的集体非线性动力学可以驱动系统接近经典伊辛哈密顿量的全局最小值，编码在网络的耦合矩阵中。到目前为止，已经使用混合光电装置证明了大规模CIM的实现，其中模拟不同自旋的光学振荡器受到模拟其相互作用的电子反馈机制的影响。虽然光学演化确保了超快计算，但电子耦合是一个瓶颈，导致计算时间严重依赖于系统大小。在这里，我们提出了一个全光可扩展的CIM与完全可编程的耦合。我们的装置包括一个光学参量放大器与空间光调制器（SLM）内的参量腔。自旋变量被编码在由SLM的像素限定的不同空间点处的信号光束的光学波前的二进制相位中。我们首先讨论如何通过SLM的不同配置来实现不同的耦合拓扑结构，然后用模拟拟议机器动态的数值模拟对我们的设置进行基准测试。在我们的建议中，自旋动力学和耦合完全并行进行，为实现大规模计算目的的尺寸无关的超快光学硬件铺平了道路。
2021-11-11 cs.ET physics.comp-ph physics.optics
Skew-Gaussian model of small-photon-number coherent Ising machines
针对高斯模型在小光子数、强增益饱和 CIM 中的失效问题，提出纳入自偏斜与交叉偏斜的 skew-Gaussian 模型，以更精确复现 QME 成功概率。
2024-03-01 physics.optics quant-ph
Efficient sampling of ground and low-energy Ising spin configurations with a coherent Ising machine
我们表明，在量子噪声的存在下，基于测量反馈的相干伊辛机（MFB-CIM）的非线性随机动力学可以被利用来采样伊辛模型的简并基态和低能自旋配置。我们制定了一个通用的离散时间高斯状态模型的MFB-CIM忠实地捕捉非线性动力学系统阈值和以上。该模型克服了忽略量子噪声的平均场模型和假设长光子寿命的连续时间模型的局限性。我们的模型的数值模拟表明，当MFB-CIM在具有短光子寿命的量子噪声主导的区域（即，低腔精细度），系统的零差监测可以有效地产生低能量伊辛自旋配置的样品，需要比建立的高精细度连续时间模型所建议的少得多的往返采样。我们发现，采样性能是鲁棒的，甚至通过关闭或完全反转参数驱动的符号来改善，但在没有光学非线性的情况下，性能严重降低。对于具有二进制带符号边权重的MAX-CUT类问题，足以完全采样所有自旋构型直到第一激发伊辛能（包括所有简并）的往返次数为$1.08^N$。在每个实例具有几十个（中值为20个）这样的期望配置的$N = 100$的问题大小下，我们已经发现$6\times10^6$往返的中值足够采样时间;在具有10 GHz重复率的MFB-CIM的实验实现中，这对应于60 ms的挂钟采样时间。
2022-01-28 physics.optics quant-ph
Quantum Phase Transitions in Coherent Ising Machines: XY Model for Demonstration
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Beijing Normal University), Ministry of Education（教育部多尺度自旋物理重点实验室（北京师范大学））
相干ISING机通过XY模型演示，揭示其在量子临界现象研究中的双重应用：作为优化问题求解平台和光子量子系统的模拟工具。
2026-09-07 physics.optics quant-ph
Experimental investigation of performance differences between Coherent Ising Machines and a quantum annealer
物理退火系统提供了启发式的方法来解决NP难伊辛优化问题。在这里，我们研究了两种类型的退火机的性能-由D-Wave Systems建造的商用量子退火机和基于光学参量振荡器网络的测量反馈相干伊辛机（CIM）-两类问题，Sherrington-Kirkpatrick（SK）模型和MAX-CUT。D-Wave量子退火器在3度正则图上的性能优于MAX-CUT上的CIM。然而，在更密集的问题上，我们观察到对于固定退火时间，量子退火器（$\exp(-α_\textrm{DW} N^2)$）相对于CIM（$\exp(-α_\textrm{CIM} N)$）的指数惩罚，在SK模型和50%边缘密度MAX-CUT上，其中系数$α_\textrm{CIM}$和$α_\textrm{DW}$是问题类相关的。在具有超过$50$顶点的实例中，CIM和D波退火机之间存在几个数量级的解时间差异。最佳退火时间的分析也是一致的一个显着的预期性能差异。稀疏连接的D-Wave机器和测量反馈促进的CIM的全对全连接之间的性能差异为增加量子退火机的连接性的努力提供了强有力的实验支持。
2019-05-24 cs.ET physics.optics quant-ph
Coherent LQG Control, Free-Carrier Oscillations, Optical Ising Machines and Pulsed OPO Dynamics
广义上讲，这篇论文是关于非线性光学、量子力学和计算的。更具体地说，它涵盖了四个主要主题：相干LQG控制，自由载波振荡，光学伊辛机和脉冲OPO动力学。将它们联系在一起的是一种称为SLH模型的开放量子系统理论，我将在第1-2章介绍它。SLH模型是通过玻色子场相互作用的开放量子系统的一般框架，并且是本文中发展的量子线路理论的基础。相干LQG控制将在第3-4章中讨论，其中我证明了相干反馈优于基于测量的反馈，用于某些线性二次高斯（LQG）问题，并通过前者同时利用两个光求积来解释这种差异。第五章讨论了量子光网络的半经典截断维格纳技术，然后深入讨论了具有自由载流子非线性的系统中的量子噪声（第六章），与克尔非线性的比较，以及基于极限环和放大的模拟计算的潜在应用（第七至八章）。基于光学参量振荡器（OPO）的伊辛机将在第9-10章中讨论，前者侧重于OPO的大型一维和二维网络，后者侧重于单个OPO在超快、同步泵浦状态下的动力学。第十一章将讨论硅光子波导的光学特性和设计考虑.
2016-08-26 nlin.PS physics.optics quant-ph
Effective implementation of $l_0$-Regularised Compressed Sensing with Chaotic-Amplitude-Controlled Coherent Ising Machines
本研究针对现有开环相干伊辛机混合系统易陷入局部极小值的问题，提出带混沌幅度控制的闭环相干伊辛机用于$l_0$正则化压缩感知，经人工和磁共振图像测试，相比开环系统精度更高、适用范围更广。
2023-02-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Squeezed light in an optical parametric oscillator network with coherent feedback quantum control
研究了简并光参量振荡器（OPO）网络在不同相干量子反馈组态下输出的压缩和反压缩谱。一个OPO充当量子工厂，另一个作为量子控制器。相干反馈的加入使植物的输出压缩谱的成形，并被发现能够推动的最大压缩的频率远离光驱动频率和加宽的频谱在更宽的频带。实验结果与理论结果吻合得很好，并说明了利用相干量子反馈来设计OPO输出的量子光学特性。
2013-05-10 physics.optics quant-ph
Persistent coherent beating in coupled parametric oscillators
耦合参量振荡器最近被用作人工伊辛网络的模拟器，具有解决计算困难的最小化问题的潜力。我们证明了一个新的动力学制度内最简单的网络-两个耦合的参数振荡器，其中的振荡器从来没有达到一个稳定的状态，但显示持久的，满量程的，相干拍，其频率反映了耦合特性和强度。我们提出了一个详细的理论和实验研究表明，这种新的动力学制度出现在很宽的范围内的振荡阈值附近的参数，并取决于耦合的性质（耗散或能量保存）。因此，耦合参量振荡器系统超越了伊辛描述，并表现出独特的相干动力学，这可能对相干计算机器有重要意义。
2019-08-23 nlin.CD physics.optics quant-ph
Coherent microscopy by laser optical feedback imaging (LOFI) technique
介绍了激光光学反馈成像（LOFI）技术在相干显微术中的应用。这种使用频移光学反馈的简单而有效的技术需要扫描样品以获得图像。讨论了检流镜扫描引起的渐晕、场曲等对幅相信号的影响。提出了一种简单的基于相位图像的监测方法，以找到扫描器的最佳位置。最后，一些实验结果说明这种技术。
2012-06-19 physics.optics
Random laser action with coherent feedback via second-harmonic generation
实验研究了二次谐波产生的相干反馈随机激光作用。与传统的基于光致发光效应的随机激光作用相比，由于材料固有的能级结构，随机激光作用需要在激活介质中有很强的光响应，且响应波段固定，而这种随机倍频激光作用表明了环形腔对非线性信号的可能限制，并由于非线性过程中灵活的频率转换拓宽了响应波段。相干随机激光与非线性光学的结合将为我们提供另一种可能的突破相位匹配限制的途径，利用光纤或基于反馈的波前整形方法来定向传输发射信号。这一工作在随机激光器、无相位匹配非线性光学等方面具有潜在的应用前景，并为随机非线性光学（RNO）带来了新的思考。
2016-11-23 physics.optics
A Kerr soliton Ising machine for combinatorial optimization problems
本研究利用数百个克尔非线性微腔孤子构建带可编程全连接相互作用的伊辛机，通过类自旋分岔编码求解SAT问题，经超万次试验验证性能有望超越数字基准求解器，为计算加速提供新路径。
2025-08-01 physics.optics
Coherent feedback from dissipation: the lasing mode volume of random lasers
在任何量子或波系统中，耗散都会导致退相干。因此，令人惊讶的是，在第一种情况下，当强损耗随机激光器的实验通过测量光子统计和激光模体积明确地表明相干反馈在这样的系统中是可能的3 - 5，8。在相干反馈激光器中，光子形成远离平衡的凝聚体，即单个量子态被宏观数量的光子占据15。我们证明了随机激光器的有耗动力学本身意味着一个三维有限的激射模式范围，从而解决了无谐振腔相干反馈的难题。我们的随机激射理论，包括非线性增益和增益饱和预测的特征依赖于泵浦强度，这可以通过实验来测试的激光模式体积。
2012-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A superconducting microwave multivibrator produced by coherent feedback
我们研究了一个相干的非线性反馈电路构造从预先存在的超导微波器件。该网络具有紧急的非稳态和非稳态，我们证明了它的操作作为一个锁存器和频率锁定其振荡。虽然手工建模网络是繁琐的，但我们的观察结果与新软件包[N]产生的半经典动力学模型相当吻合。Tezak等人，arXiv：1111.3081v1]系统地解释了系统的理想化示意图作为量子光学反馈网络。
2012-09-05 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Coherent Ising Machines: The Good, The Bad, The Ugly
本文通过平均场与朗之万动力学框架分析相干伊辛机，揭示其作为连续状态机求解SDE及连续全局优化问题的能力，同时指出数模/模数转换瓶颈并强调全模拟光电实现的潜力。
2025-07-19 math.OC physics.optics
Coherent-feedback control strategy to suppress spontaneous switching in ultra-low power optical bistability
具有腔内克尔非线性效应的光谐振腔可以实现色散双稳，适用于全光开关。利用纳米光子元件，可以实现阿焦耳切换能量，这对于超低功率操作将是非常有吸引力的，但由于量子波动诱导的自发切换而可能存在问题。在这篇手稿中，我推导出一个量子光学模型的两个克尔非线性环形谐振器连接在一个相干的反馈回路，并通过数值模拟表明，一个适当设计的“控制器”腔可以显着降低自发开关率的一个“工厂”腔在一个完全嵌入式和自主的方式。
2011-01-18 physics.optics quant-ph
Coherent feedback cooling of a nanomechanical membrane with atomic spins
相干反馈使系统稳定在目标状态，而不需要测量，从而避免了测量所固有的量子反作用。在这里，我们采用光学相干反馈远程冷却纳米机械膜使用原子自旋作为控制器。直接操纵原子使我们能够从强耦合调谐到过阻尼状态。利用我们的系统提供的全相干控制，我们进行自旋膜态交换结合频闪自旋泵冷却膜在室温环境中的${T}={216}\,\mathrm{mK}$（$\bar{n}_{m} = 2.3\times 10^3$声子）在${200}\,\mathrm{μs}$。我们进一步观察和研究延迟反馈对冷却性能的影响。从低温预冷膜开始，这种方法将使机械振荡器冷却到接近其量子力学基态，并制备非经典态。
2022-03-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Feedback control of coherent spin states using weak nondestructive measurements
我们考虑集体随机旋转下的赝自旋系综的退相干，并从理论和实验两方面研究如何结合实时反馈校正的无损测量可以保护状态免受这种退相干过程。我们从理论上描述了反馈效率与不同的参数-相干性，熵，保真度-并表明，达到最大效率在弱测量制度，当投影的状态引起的测量是可以忽略不计的。本文详细介绍了发表在[Phys. Rev. Lett. \textbf{110}，210503（2013）]，其中反馈方案稳定了捕获的超冷原子的相干自旋态，并且用色散光学检测进行非破坏性探测。此外，我们还研究了原子数和旋转角等参数对方法性能的影响。我们分析了限制反馈效率的各种退相干源，并提出了如何减轻其影响。结果表明，该方法的原子干涉仪的实时相干控制的潜力。
2014-05-19 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Ising machine by dimensional collapse of nonlinear polarization oscillators
本文提出一种利用非线性偏振振荡器三维特性并通过维度坍缩机制达到伊辛基态的新型伊辛机，数值结果表明其在基准图上成功概率更高，且性能扩展相对相干伊辛机呈指数级改进。
2025-04-11 cond-mat.dis-nn nlin.CD physics.app-ph
Geometric landscape annealing as an optimization principle underlying the coherent Ising machine
针对相干伊辛机（CIM）求解组合优化的性能理论缺失问题，本文利用自旋玻璃理论揭示了CIM在高维能量景观演化中的相变规律，提出了基于几何景观退火的最佳退火方案以可靠寻找近基态。
2023-09-15 cond-mat.dis-nn physics.optics
Enhanced entanglement of two different mechanical resonators via coherent feedback
已经示出[New J.Phys.17，103037（2015）]，在光机械系统中，可以动态地或在稳态中实现两个不同的机械谐振器之间的大的且鲁棒的纠缠，在该光机械系统中，两个机械谐振器耦合到由适当选择的双音场驱动的单个腔模式。该方案的一个重要限制是腔衰减率必须远小于两个机械频率及其差值。在这里，我们表明，纠缠可以显着增强，并在很大程度上扩展该计划的有效性，通过增加一个相干的反馈回路，有效地降低腔衰减率。
2017-03-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical coherent feedback control of a mechanical oscillator
本研究提出并实验验证了光学相干反馈控制机械振子的方案，无需测量即可通过光场与机械模的两次相互作用调控振子状态，实现了更低功率、突破未分辨边带冷却极限的近基态冷却，为光力学量子控制提供新途径。
2023-03-13 physics.optics quant-ph
Coherent feedback in optomechanical systems in the sideband-unresolved regime
制备接近其运动量子基态的宏观机械谐振器并产生与光的纠缠，为研究基础物理和开发新一代量子应用提供了巨大的机会。在这里，我们提出了一个实验上有趣的计划，这是特别适合于系统的边带未解决的制度，基于相干反馈与线性，无源光学元件，以实现基态冷却和光子-声子纠缠产生与光机械设备。我们发现，通过引入一个额外的无源元件-无论是一个窄线宽腔或一个反射镜与延迟线-一个光学机械系统在深边带未解决的制度将表现出类似的动态边带解决。有了这种新的方法，基态冷却和光机械纠缠的实验实现是目前集成的最先进的高Q机械谐振器。
2022-10-26 physics.optics quant-ph
The geometry and dynamics of annealed optimization in the coherent Ising machine with hidden and planted solutions
Stanford University（斯坦福大学）
本文研究相干伊辛机退火优化中能量景观几何与动力学的关联，揭示低能全局最小值的软模引导下降，并分析隐藏植入解的可恢复性相变。
2026-10-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.optics
Microwave Photonic Ising Machine
基于模拟系统的伊辛机在求解普遍存在的组合优化问题中具有加速的潜力。虽然已经报道了一些支持大规模伊辛机的人造自旋，例如量子退火器中的超导量子比特和相干伊辛机中的短光脉冲，但由于超低的等效温度或光学相位灵敏度，自旋相干性是脆弱的。在本文中，我们提出了使用短的微波脉冲产生的光电参量振荡器作为自旋实现大规模的伊辛机，也在室温下的高相干。所提出的机器支持10，000次旋转，并且高相干性导致精确计算。此外，Ising机与高速电子设备高度兼容，具有可编程性，为解决现实世界的优化问题铺平了低成本，准确且易于实现的道路。
2020-09-19 physics.app-ph physics.optics
Quantum Trajectory Theory and Simulations of Nonlinear Spectra and Multi-Photon Effects in Waveguide-QED Systems with a Time-Delayed Coherent Feedback
本研究扩展量子轨迹离散化波导方法，模拟含时滞相干反馈的波导-QED二能级系统的非线性光谱与多光子效应，揭示了反馈参数对光子统计和光谱的调控作用。
2023-06-11 physics.optics quant-ph
Parallel spatial photonic Ising machine using spatial multiplexing for accelerating combinatorial optimization
提出并行空间光子伊辛机（pSPIM），利用空间复用同时计算多个伊辛哈密顿量，加速大规模组合优化问题（如Max-Cut）的最优解搜索。
2025-02-26 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.optics
