通信网络中量子计算应用研究报告

中国移动通信集团有限公司 前言 信息技术发展日新月异。5G通信正向6G通信演进，网络和业务规模增长带来巨大算力与算法挑战。量子计算是一种遵循量子力学规律的新计算模式，相对经典计算具有计算速度优势，有望成为解决通信算力瓶颈的解决方案。 当前量子计算机正沿着专用量子与基于量子门的通用计算两种路径发展，技术路线“百花齐放”，在求解部分计算难题上逐步呈现出量子优势。本文将重点分析通信网络中的信号处理、网络优化、机器学习等典型计算场景和大规模运算、大规模优化和大规模搜索等计算需求。在明确计算需求基础上，进一步分析基本量子算法、量子搜索算法、量子优化算法、量子机器学习算法等基本原理，明确适用场景与条件，探索量子算法在通信领域中的应用前景。 本白皮书尝试在量子计算发展初级阶段，推动量子计算与通信技术与产业融合发展，为5G增强和6G等通信网络的相关技术解决方案设计提供参考和指引。 本白皮书由中国移动研究院牵头，由黄宇红、丁海煜、崔春风、潘成康、卢献、侯帅、孙志雯、李昕莹、袁弋非等专家协同完成。本白皮书由中移智库发布，版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 目录 1.通信中的计算场景与问题...........................................................................................................11.1通信中的计算场景..........................................................................................................11.1.1信号处理..................................................................................................................11.1.2网络优化..................................................................................................................21.1.3业务处理..................................................................................................................31.1.4机器学习..................................................................................................................31.2通信中的计算问题.........................................................................................................41.2.1计算问题概述..........................................................................................................41.2.2大规模运算问题.......................................................................................................51.2.3大规模优化问题......................................................................................................61.2.4大规模搜索问题......................................................................................................72.量子计算与算法..........................................................................................................................92.1量子计算.........................................................................................................................92.1.1量子计算概述..........................................................................................................92.1.2量子计算技术路线..................................................................................................92.1.3量子计算产业现状................................................................................................102.2量子算法.......................................................................................................................122.2.1量子算法概述.........................................................................................................122.2.2基本量子算法.........................................................................................................122.2.3量子搜索算法........................................................................................................132.2.4量子优化算法........................................................................................................142.2.5量子机器学习算法................................................................................................153.量子计算潜在影响与研究布局................................................................................................173.1量子计算潜在影响......................................................................................................173.2量子计算研究规划与阶段进展..................................................................................173.2.1量子计算研究规划..............................................................................................183.2.2量子计算研究进展..............................................................................................194.信号处理应用分析....................................................................................................................214.1信道估计........................................................................................................................214.2MIMO预编码................................................................................................................224.3通信信号检测...............................................................................................................224.4定位信号检测...............................................................................................................234.5信道编译码...................................................................................................................235.网络优化应用分析....................................................................................................................255.1网络拓扑优化...............................................................................................................25 5.2路由优化.......................................................................................................................255.3网络覆盖优化...............................................................................................................265.4网络容量优化.........................................................