“量子计算+5G”：玻色量子与中国移动重磅发布联合研究成果 - 玻色量子

2023年10月，玻色量子与中国移动研究院联合发布了在大规模多输入多输出 (MIMO) 的波束选择（MBS）上的最新突破性成果。该成果以“基于MIMO波束选择问题的量子计算模型和光学实验解决方案”（Quantum Computing for MIMO Beam Selection Problem: Model and Optical Experimental Solution）为题。

此前，玻色量子和移动云在共同打造“恒山光量子算力平台”过程中，就在《中国科学：物理学力学天文学》英文版上联合发表了云计算领域的首个重要研究成果，即以“光学实验求解多路数字划分问题的光学实验解及其在算力调度中的应用”为题的顶级学术论文 🔗。此次研究突破是玻色量子联合中国移动的又一重要研究突破，也是光量子计算机在5G领域走向实用化的关键一步。

论文链接：https://arxiv.org/abs/2310.12389

以下为本文的主要研究内容：

大规模多输入多输出 (MIMO）是无线通信领域的一项革命性技术，也是5G及后续通信标准的关键技术之一，它主要利用基站上的大量天线来提高无线通信系统的覆盖范围和容量。通过利用大量天线，大规模MIMO可以通过同时提供多个数据流来提高数据速率，从而实现更高的吞吐量和更好的信号质量,在充满干扰的环境中提供更好的无线信号覆盖而深受欢迎。然而，要想在5G 系统中实现大规模MIMO，波束选择（MBS）就是一个极大的挑战，该问题被证明是一个典型的NP-Hard问题且在经典计算上难以处理。

在论文中，玻色量子联合中国移动研究院共同研究了MIMO波束选择问题。论文提出了一种基于QUBO（二次无约束二值优化）这一数学模型的新方法，并成功应用玻色量子发布的100计算量子比特的相干光量子计算机真机——“天工量子大脑”🔗来高效求解MIMO波束选择问题，并与在经典计算机上运行两种经典启发式算法（模拟退火和禁忌搜索）的解决方案进行比较。

MBS问题的示意图

切割值的演化过程

求解大规模问题时CIM和经典算法（SA/tabu）相比的效率提升比率图

实验结果表明，“天工量子大脑”光量子计算真机在该问题上的求解精准度和速度方面均远远优于在经典计算机上运行启发式算法的解决方案，并获得了至少2个数量级以上的性能改进！该研究成果为5G的实际运行展现了巨大前景，并促进了量子计算在解决通信计算难题中的应用。

玻色量子作为中国移动在光量子计算领域的唯一一家合作企业兼战投企业，在量子计算+5G行业，已与中国移动研究院达成多项深入合作，除了MIMO波束选择问题，还在5G天线多小区网络覆盖优化等场景已展开项目合作，成果显著 🔗。未来，玻色量子将联合中国移动在多行业领域进行持续真机测试与实用化真机场景验证。

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