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物理速度上的学习:振子 Ising 机器的平衡传播

机器学习 2025-11-18 v2

摘要

天然执行能量下降的物理系统为加速机器学习提供了直接途径。振子 Ising 机器(Oscillator Ising Machines,OIMs)正是这一理念的典型代表:其 GHz 频率的动力学既模拟能量基模型(EBMs)的优化,又模拟损失景观的梯度下降,而内在噪声对应于 Langevin 动力学——支持采样与优化。平衡传播(Equilibrium Propagation,EP)将这些过程统一为单个总能量景观上的下降,实现无需全局反向传播的局部学习规则。我们表明,EP 在 OIMs 上的准确率可达竞争水平(MNIST 上为 (97.2±0.1)%(97.2 \pm 0.1)\%,Fashion-MNIST 上为 (88.0±0.1)%(88.0 \pm 0.1)\%),同时在参数量化和相位噪声等现实硬件约束下仍保持鲁棒性。这些结果确立了 OIMs 作为神经形态学习的高速、低能源基质,亦暗示 EBMs——常因常规处理器而受限——或许可在直接执行其优化的物理硬件上实现其实际应用。

关键词

引用

@article{arxiv.2510.12934,
  title  = {Learning at the Speed of Physics: Equilibrium Propagation on Oscillator Ising Machines},
  author = {Alex Gower},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2510.12934},
  year   = {2025}
}

备注

5 pages, 2 figures, NeurIPS 2025 Machine Learning and the Physical Sciences (ML4PS)