8月30日，中国移动在第四届科技周暨战略性新兴产业共创发展大会上重磅发布了《通信网络中量子计算应用研究报告》。
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，在量子计算应用于通信行业达成了深入合作，并在5G天线多小区网络覆盖优化、大规模多输入多输出（MIMO）预编码等场景展开项目合作，成果显著，在这次的报告中也从各个方面进行了论述。
下面我们将对报告中的核心研究成果进行详细解读。
本质上，通信是一系列的数学计算过程。这也是通信行业成为量子计算最优应用突破场景之一的根本原因。引入量子计算，将对通信领域带来深刻影响。如量子优化、量子搜索、量子信号处理和量子机器学习可以提升网络能力和业务质量，带来算力网络新资源，再通过量子云平台提供第三方应用与服务，甚至能对部分应用场景带来颠覆性改变。
简单归纳，就是以通信网络中丰富的计算场景拉动量子计算与算法的发展，用量子计算与算法来解决通信中的计算难题，两者会相辅相成、融合发展，共同为“连接+算力+能力”的升级提供跨越式解决方案。
量子计算对通信领域的潜在影响
目前，针对量子计算产业现状与成熟度趋势，中国移动明确要以量子应用算法和云平台为重点和起点。
一是开展量子在通信领域应用的可能性研究，包括网络优化量子算法、量子机器学习算法和量子信号处理算法等。二是积极构建量子云平台，发布“五岳”量子计算云平台，开展相关应用软件与算法研发，提供第三方量子模拟与真机算力服务，以及算法服务。
中国移动量子计算研究规划
报告中提到，中国移动主要从需求侧分析通信中典型计算场景与计算瓶颈问题，如在信号处理方面的MIMO预编码、在网络优化方面的网络覆盖优化等问题。针对这些特定问题，中国移动联合玻色量子，依赖玻色量子自研100量子比特相干光量子计算机真机——“天工量子大脑”，对量子算法应用进行了真机测试与实用化场景验证，取得了一系列重大突破与重要研究成果🔗。
5G天线多小区网络覆盖优化场景
当前，移动通信的大规模阵列中可配置的天线数量可达到1024根，而终端天线也可达32个，5G NR毫米波频段支持传输带宽达400MHz，峰值速率达到10Gbps，未来太赫兹频段甚至有望达到10GHz带宽，100G~1Tbps 峰值速率。
这些系统参数量级在快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）、信道估计、天线阵列等应用中要求进行毫秒级、超高维、高精度矩阵运算，毫无疑问，这对包括 Lanczos 算法、Krylov 子空间、QR 分解、截断牛顿法在内的经典算法带来巨大压力。
在覆盖优化方面，高频大带宽、大连接、超密集基站使网络覆盖、小区间干扰等优化工作更为复杂。大带宽分割为子带宽分配给多用户，有利于系统容量，但也带来邻频泄漏干扰、小区内用户间和小区间干扰。
而针对动态用户位置的干扰避免管理本质就是大规模实时优化问题。对超密集基站部署中，基于接收信号强度、能效或基于干扰感知的用户接入技术是典型的用户关联问题，即指配问题。二次指配或非对称指配是典型的NP问题。
另外，多小区MIMO波束分配、大规模MIMO天线权值优化，其寻优空间（状态集与动作集）与小区数量呈指数增长关系，庞大的计算量难以实现大规模优化。
而中国移动通过将该问题建模为QUBO模型，并通过玻色量子自研的100量子比特相干光量子计算机“天工量子大脑”求解，可在2毫秒内完成该问题的求解，且解的质量要优于在经典计算机上使用禁忌搜索或模拟退火等优化算法的结果，并且随着问题规模的逐渐增大，量子计算机的求解时间仍然能够基本保持稳定。
通过真机测试与验证，不仅可以轻松实现大规模MIMO小区覆盖与容量最优的波束模式组合计算，还能实现更好的干扰抑制和空间多用户复用的能力。未来，通过高效的寻优算法，可以实现连片覆盖区域波束组合策略与业务需求的动态匹配，并能显著提升在5G及6G通信中的系统容量。
云渲染资源调度场景
另一方面，积极构建量子云平台，并发布“五岳”量子云平台，是中国移动在2023年的重要发力点与核心成果展示，玻色量子在其中担任着举重若轻的重要角色。
依托“1+2+N+X”设计模式，移动云打造了基于自身超级算力的量子计算云服务系统——“五岳”量子计算云平台。其中，移动云和玻色量子在共同打造“恒山光量子算力平台”过程中的首个重要研究成果，是在《中国科学：物理学 力学 天文学》英文版的物理1区Top期刊上，联合发表题为《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》的研究论文🔗。这是量子计算在云计算领域实用化的重要起点。
图像渲染是电影和电视领域云计算的重要应用，当客户提交一个具有特定要求的渲染任务，服务提供商需要实时找到最优方案调用计算资源。然而，由于数据量的增加，大规模动态云渲染无法在短时间内有效地计算最优任务——服务器调度方案，导致服务器和渲染任务之间的不匹配，造成计算资源浪费和渲染效率降低。
从计算角度来看，调度问题常用的求解方法包括基于数学规划的精确算法和各种启发式算法。由于该问题属于NP-Hard问题，这些求解方法的应用随着问题规模增大会受到了复杂性的限制，无法在较短时间内找到最优解。而量子计算机在解决组合优化问题上具有独特优势，能彻底解决这一难题。
中国移动联合玻色量子，通过“天工量子大脑”，针对该问题的求解实现了千倍以上的加速，实现了算力调度任务分配策略的毫秒级运算，并且与模拟退火、禁忌搜索等经典优化算法等对比，计算效率提升2000倍！展现出光量子算力在计算速度和精度上的双重优势。
量子给出的分配策略更加均衡高效与量子的计算时间可始终维持在毫秒量级
（可点击此处查看《量子计算突破云渲染资源调度！真机测试完整报告公开！》一文🔗）
玻色量子专家团队介绍到，云端服务器资源调度问题可归结为JSP组合优化类问题，而对该问题的高效求解，对提升图像渲染效率至关重要。由于基于云计算的集群环境已被用来处理大规模渲染任务，集群中的各个计算节点可以并行处理不同的渲染子任务，将呈指数级提高整体渲染效率。
未来，还需要开发更多有效的并行任务的调度算法，来实现计算集群的任务分配与负载均衡，从而更高效地完成渲染需求。由于渲染的计算效率决定了作品的视觉效果，这一系列的研究突破将在影视、动漫、游戏等领域开启极具颠覆性的视觉盛宴。
目前，中国移动已联合玻色量子在通信行业与算力行业取得一系列骄人战绩，接下来，双方将充分发挥量子优势，实现各行各业的量子革新。今年10月，玻色量子还将联合移动云正式发布“量子计算云平台”，这也是中国首个公有云量子云平台，并将对外开放真机测试，提供人人可用的量子云算力！
接下来，玻色量子还将启动“燎原计划”开发者平台，并持续对外开放“天工量子大脑”的真机测试，热忱欢迎更多不同领域的研究伙伴前来了解相干量子计算的原理和能力，在此基础上展开共同研发，用量子计算去解决更多真实场景中的问题，让量子计算的超强算力能真正服务于各行各业，满足未来时代对于计算的需求。
