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Experimental Demonstration of a Reconfigurable Coupled Oscillator Platform to Solve the Max-Cut Problem
arXiv - CS - Emerging Technologies Pub Date : 2020-08-10 , DOI: arxiv-2008.04305 Mohammad Khairul Bashar, Antik Mallick, Daniel S Truesdell, Benton H. Calhoun, Siddharth Joshi, and Nikhil Shukla
arXiv - CS - Emerging Technologies Pub Date : 2020-08-10 , DOI: arxiv-2008.04305 Mohammad Khairul Bashar, Antik Mallick, Daniel S Truesdell, Benton H. Calhoun, Siddharth Joshi, and Nikhil Shukla
In this work, we experimentally demonstrate an integrated circuit (IC) of 30
relaxation oscillators with reconfigurable capacitive coupling to solve the
NP-Hard Maximum Cut (Max-Cut) problem. We show that under the influence of an
external second-harmonic injection signal, the oscillator phases exhibit a
bi-partition which can be used to calculate a high quality approximate Max-Cut
solution. Leveraging the all-to-all reconfigurable coupling architecture, we
experimentally evaluate the computational properties of the oscillators using
randomly generated graph instances of varying size and edge density . Further,
comparing the Max-Cut solutions with the optimal values, we show that the
oscillators (after simple post-processing) produce a Max-Cut that is within 99%
of the optimal value in 28 of the 36 measured graphs; importantly, the
oscillators are particularly effective in dense graphs with the Max-Cut being
optimal in seven out of nine measured graphs with edge density 0.8. Our work
marks a step towards creating an efficient, room-temperature-compatible
non-Boolean hardware-based solver for hard combinatorial optimization problems.
中文翻译:
解决最大切割问题的可重构耦合振荡器平台的实验演示
在这项工作中,我们通过实验证明了 30 个张弛振荡器的集成电路 (IC) 具有可重构电容耦合,以解决 NP-Hard 最大切割 (Max-Cut) 问题。我们表明,在外部二次谐波注入信号的影响下,振荡器相位表现出双分区,可用于计算高质量的近似 Max-Cut 解。利用全方位可重构耦合架构,我们使用随机生成的不同大小和边缘密度的图实例,通过实验评估振荡器的计算特性。此外,将 Max-Cut 解与最优值进行比较,我们表明振荡器(经过简单的后处理)产生的 Max-Cut 在 36 个测量图中的 28 个图中处于最优值的 99% 以内;重要的,振荡器在密集图中特别有效,Max-Cut 在边密度为 0.8 的九个测量图中有七个是最佳的。我们的工作标志着朝着为硬组合优化问题创建高效、室温兼容的非布尔硬件求解器迈出了一步。
更新日期:2020-10-14
中文翻译:
解决最大切割问题的可重构耦合振荡器平台的实验演示
在这项工作中,我们通过实验证明了 30 个张弛振荡器的集成电路 (IC) 具有可重构电容耦合,以解决 NP-Hard 最大切割 (Max-Cut) 问题。我们表明,在外部二次谐波注入信号的影响下,振荡器相位表现出双分区,可用于计算高质量的近似 Max-Cut 解。利用全方位可重构耦合架构,我们使用随机生成的不同大小和边缘密度的图实例,通过实验评估振荡器的计算特性。此外,将 Max-Cut 解与最优值进行比较,我们表明振荡器(经过简单的后处理)产生的 Max-Cut 在 36 个测量图中的 28 个图中处于最优值的 99% 以内;重要的,振荡器在密集图中特别有效,Max-Cut 在边密度为 0.8 的九个测量图中有七个是最佳的。我们的工作标志着朝着为硬组合优化问题创建高效、室温兼容的非布尔硬件求解器迈出了一步。