Highly Versatile FPGA-Implemented Cyber Coherent Ising Machine

近年来，量子伊辛机受到了广泛关注，但由于物理实现的限制，实现密集耦合一直很困难，例如完全耦合所需的自旋数量不足以处理实际的大规模应用。因此，已经从量子主方程中导出了可经典计算的方程，用于这些量子伊辛机。使用FPGA的并行实现已经被用来在难以在物理系统中实现的规模上快速找到这些问题的解决方案。我们开发了一种FPGA实现的网络相干伊辛机（网络CIM），它比以前使用FPGA的实现更加灵活多样。我们的架构非常灵活，因为它可以应用于开环CIM，这是在CIM研究开始时提出的，也可以应用于最近使用的闭环CIM，以及雅可比逐次超松弛法。通过修改计算控制模块的序列控制代码，还可以实现其他算法，如模拟分支（SB）。早期关于SB和CIM的大规模FPGA实现的研究使用二进制或三进制离散值进行连接，而网络CIM使用FP32值。此外，网络CIM利用FP32表示的Zeeman项，在其他大规模FPGA系统中不存在。我们的连续相互作用实现可以在单个FPGA上实现N=4096，与使用二进制相互作用的SB的单个FPGA实现相当，N=4096。网络CIM实现了以前的FPGA系统无法实现的应用，如CDMA多用户检测器和L0压缩感知，同时实现了更快的计算速度，比GPU实现快十倍以上。通过增加并行性，如通过聚类，可以进一步提高计算速度。

本论文旨在解决量子 Ising 机实现中密集耦合的问题，并提出了一种 FPGA 实现的 Cyber Coherent Ising Machine (Cyber CIM)。该方法可以应用于多种算法，如 Jacobi 迭代法和模拟分岔法等，同时提高了计算速度。

论文提出了一种 FPGA 实现的 Cyber CIM，可以应用于多种算法，并且使用了 FP32 值和 Zeeman 项来实现连续相互作用，从而实现了 N=4096 的单个 FPGA 实现。

Cyber CIM 可以实现 CDMA 多用户检测器和 L0 压缩感知等应用，同时比 GPU 实现快十倍以上。实验中使用了 FP32 值和 Zeeman 项来实现连续相互作用，从而实现了 N=4096 的单个 FPGA 实现。可以通过增加并行性来进一步提高计算速度。

近年来，量子 Ising 机的研究受到了广泛关注。此外，早期的 FPGA 实现使用二进制或三进制离散值进行连接，而 Cyber CIM 使用了 FP32 值。