論文の概要: Self-correcting High-speed Opto-electronic Probabilistic Computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.04300v1
• Date: Thu, 06 Nov 2025 12:07:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-07 20:17:53.410521
• Title: Self-correcting High-speed Opto-electronic Probabilistic Computer
• Title（参考訳）: 自己補正高速光電子確率コンピュータ
• Authors: Ramy Aboushelbaya, Annika Moslein, Hadi Azar, Hamid Tanhaei, Marko von der Leyen,
• Abstract要約: 本稿では,自己修正型高速光電子確率コンピュータアーキテクチャを提案する。 提案手法は,量子フォトニクスの固有乱数性と高帯域幅と,古典電子回路のプログラマビリティと頭皮能力を組み合わせたものである。 量子フォトニックpビットは,スケーラブルで高性能な計算のプラットフォームとして期待できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present a novel self-correcting, high-speed optoelectronic probabilistic computer architecture that leverages source-device independent (SDI) quantum photonic p-bits integrated with robust electronic control. Our approach combines the intrinsic randomness and high bandwidth of quantum photonics with the programmability and scal- ability of classical electronics, enabling efficient and flexible probabilistic computation. We detail the design and implementation of a prototype system based on photonic integrated circuits and FPGA-based control, capable of implementing and manipulating 64000 logical p-bits. Experimental results demonstrate that our architecture achieves a flip rate of 2.7 x 10^9 flips/s with an energy consumption of 4.9 nJ/flip, representing nearly three orders of magnitude improvement in speed and energy efficiency compared to state-of-the-art magnetic tunnel junc- tion (MTJ) based systems. Furthermore, the SDI protocol enables real-time self-certification and error correction, ensuring reliable operation across a wide range of conditions and solving the problem of hardware variability as the number of p-bits scale. Our results establish quantum photonic p-bits as a promising platform for scalable, high-performance probabilistic computing, with significant implications for combinatorial optimization, machine learning, and complex system modeling.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、ソースデバイス独立性(SDI)量子フォトニックpビットとロバスト電子制御を統合した新しい自己補正型高速光電子確率コンピュータアーキテクチャを提案する。 提案手法は,量子フォトニクスの固有乱数性と高い帯域幅と,古典電子回路のプログラム性と頭皮能力を組み合わせることで,効率よく柔軟な確率計算を実現する。 フォトニック集積回路とFPGA制御に基づくプロトタイプシステムの設計と実装について詳述し、64000個の論理的pビットを実装・操作できるFPGA制御について述べる。 実験により,本アーキテクチャは2.7×10^9フリップ/sのフリップ速度を4.9nJ/flipで達成し,MTJ(State-of-the-the-art magnetic tunnel junc-tion)ベースシステムと比較して,速度とエネルギー効率をほぼ3桁改善したことを示す。 さらに、SDIプロトコルは、リアルタイムの自己証明と誤り訂正を可能にし、幅広い条件で信頼性の高い動作を保証し、p-bitsスケールの規模でハードウェアの可変性の問題を解決する。 この結果から,量子フォトニックpビットは,組合せ最適化,機械学習,複雑なシステムモデリングにおいて重要な意味を持つ,スケーラブルで高性能な確率論的計算のための有望なプラットフォームとして確立された。

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