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1、通信网络通信网络中中量子计算量子计算应用应用研究报告研究报告（2023 年）年）中国移动通信集团有限公司中国移动通信集团有限公司前前言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

2、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。中国移动通信网络中量子计算应用研究报告（2023）1目目录录1.通信中的计算场景与问题.11

3、.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

4、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.214.2 MIMO 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中国移动通信网络中量子计算应用研究报告（2023）25.2 路由优化.255.3 网络覆盖优化.265.4 网络容量优化.275.5 网络能效优化.276.机器学习应用分析.296.1 通信中分类问题.296.2 通信中回归问题.296.3

5、 通信中聚类问题.306.4 通信中降维问题.306.5 通信中的神经网络.306.6 通信中的强化学习.317.挑战与建议.327.1 量子计算应用落地面临的挑战.327.2 下一步工作建议.32缩略语列表.35中国移动通信网络中量子计算应用研究报告（2023）11.通信通信中的计算中的计算场景与场景与问题问题1.1 通信中的计算场景通信中的计算场景通信的本质是一系列的数学计算过程。从计算角度看，通信网络简单分为物理层、网络层和应用层。物理层主要负责通信信号处理等计算，网络层负责拓扑、接入、路由、资源管理等相关计算，应用层主要负责业务优化和流量管理等计算。为了增强处理性能，各层引入了机器学习

6、。机器学习成为通信中特殊而重要的计算场景。此外，各层的安全一直是默认的计算场景。1.1.1 信号处理信号处理通信信号处理是通信的底层计算。以无线信号处理为例，信号处理涉及收发两端无线信号的变换、滤波、编码、译码、调制、解调、传输、检测、估计、干扰协调等。对于大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系统、大带宽正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）系统、大规模终端接入系统来说，信道估计、预编码、信号检测、信道编译码等信号处理的计算量显著增加。大规模大规模 MIMO 信号处理