8月30日，中國移動在第四屆科技周暨戰略性新興產業共創發展大會上重磅發布了《通信網絡中量子計算應用研究報告》。

玻色量子作為中國移動在光量子計算領域的唯一一家合作企業兼戰投企業，在量子計算應用于通信行業達成了深入合作，并在5G天線多小區網絡覆蓋優化、大規模多輸入多輸出（MIMO）預編碼等場景展開項目合作，成果顯著，在這次的報告中也從各個方面進行了論述。

下面我們將對報告中的核心研究成果進行詳細解讀。

本質上，通信是一系列的數學計算過程。這也是通信行業成為量子計算最優應用突破場景之一的根本原因。引入量子計算，將對通信領域帶來深刻影響。如量子優化、量子搜索、量子信號處理和量子機器學習可以提升網絡能力和業務質量，帶來算力網絡新資源，再通過量子云平臺提供第三方應用與服務，甚至能對部分應用場景帶來顛覆性改變。

簡單歸納，就是以通信網絡中豐富的計算場景拉動量子計算與算法的發展，用量子計算與算法來解決通信中的計算難題，兩者會相輔相成、融合發展，共同為“連接+算力+能力”的升級提供跨越式解決方案。

量子計算對通信領域的潛在影響

目前，針對量子計算產業現狀與成熟度趨勢，中國移動明確要以量子應用算法和云平臺為重點和起點。

一是開展量子在通信領域應用的可能性研究，包括網絡優化量子算法、量子機器學習算法和量子信號處理算法等。二是積極構建量子云平臺，發布“五岳”量子計算云平臺，開展相關應用軟件與算法研發，提供第三方量子模擬與真機算力服務，以及算法服務。

中國移動量子計算研究規劃

報告中提到，中國移動主要從需求側分析通信中典型計算場景與計算瓶頸問題，如在信號處理方面的MIMO預編碼、在網絡優化方面的網絡覆蓋優化等問題。針對這些特定問題，中國移動聯合玻色量子，依賴玻色量子自研100量子比特相干光量子計算機真機——“天工量子大腦”，對量子算法應用進行了真機測試與實用化場景驗證，取得了一系列重大突破與重要研究成果🔗。

5G天線多小區網絡覆蓋優化場景

當前，移動通信的大規模陣列中可配置的天線數量可達到1024根，而終端天線也可達32個，5G NR毫米波頻段支持傳輸帶寬達400MHz，峰值速率達到10Gbps，未來太赫茲頻段甚至有望達到10GHz帶寬，100G~1Tbps 峰值速率。

這些系統參數量級在快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）、信道估計、天線陣列等應用中要求進行毫秒級、超高維、高精度矩陣運算，毫無疑問，這對包括 Lanczos 算法、Krylov 子空間、QR 分解、截斷牛頓法在內的經典算法帶來巨大壓力。

在覆蓋優化方面，高頻大帶寬、大連接、超密集基站使網絡覆蓋、小區間干擾等優化工作更為復雜。大帶寬分割為子帶寬分配給多用戶，有利于系統容量，但也帶來鄰頻泄漏干擾、小區內用戶間和小區間干擾。

而針對動態用戶位置的干擾避免管理本質就是大規模實時優化問題。對超密集基站部署中，基于接收信號強度、能效或基于干擾感知的用戶接入技術是典型的用戶關聯問題，即指配問題。二次指配或非對稱指配是典型的NP問題。

另外，多小區MIMO波束分配、大規模MIMO天線權值優化，其尋優空間（狀態集與動作集）與小區數量呈指數增長關系，龐大的計算量難以實現大規模優化。

而中國移動通過將該問題建模為QUBO模型，并通過玻色量子自研的100量子比特相干光量子計算機“天工量子大腦”求解，可在2毫秒內完成該問題的求解，且解的質量要優于在經典計算機上使用禁忌搜索或模擬退火等優化算法的結果，并且隨著問題規模的逐漸增大，量子計算機的求解時間仍然能夠基本保持穩定。

通過真機測試與驗證，不僅可以輕松實現大規模MIMO小區覆蓋與容量最優的波束模式組合計算，還能實現更好的干擾抑制和空間多用戶復用的能力。未來，通過高效的尋優算法，可以實現連片覆蓋區域波束組合策略與業務需求的動態匹配，并能顯著提升在5G及6G通信中的系統容量。

云渲染資源調度場景

另一方面，積極構建量子云平臺，并發布“五岳”量子云平臺，是中國移動在2023年的重要發力點與核心成果展示，玻色量子在其中擔任著舉重若輕的重要角色。

依托“1+2+N+X”設計模式，移動云打造了基于自身超級算力的量子計算云服務系統——“五岳”量子計算云平臺。其中，移動云和玻色量子在共同打造“恒山光量子算力平臺”過程中的首個重要研究成果，是在《中國科學：物理學 力學 天文學》英文版的物理1區Top期刊上，聯合發表題為《光學實驗求解多路數字劃分問題的光學實驗解及其在算力調度中的應用》的研究論文🔗。這是量子計算在云計算領域實用化的重要起點。

圖像渲染是電影和電視領域云計算的重要應用，當客戶提交一個具有特定要求的渲染任務，服務提供商需要實時找到最優方案調用計算資源。然而，由于數據量的增加，大規模動態云渲染無法在短時間內有效地計算最優任務——服務器調度方案，導致服務器和渲染任務之間的不匹配，造成計算資源浪費和渲染效率降低。

從計算角度來看，調度問題常用的求解方法包括基于數學規劃的精確算法和各種啟發式算法。由于該問題屬于NP-Hard問題，這些求解方法的應用隨著問題規模增大會受到了復雜性的限制，無法在較短時間內找到最優解。而量子計算機在解決組合優化問題上具有獨特優勢，能徹底解決這一難題。

中國移動聯合玻色量子，通過“天工量子大腦”，針對該問題的求解實現了千倍以上的加速，實現了算力調度任務分配策略的毫秒級運算，并且與模擬退火、禁忌搜索等經典優化算法等對比，計算效率提升2000倍！展現出光量子算力在計算速度和精度上的雙重優勢。

量子給出的分配策略更加均衡高效與量子的計算時間可始終維持在毫秒量級

（可點擊此處查看《量子計算突破云渲染資源調度！真機測試完整報告公開！》一文🔗）

玻色量子專家團隊介紹到，云端服務器資源調度問題可歸結為JSP組合優化類問題，而對該問題的高效求解，對提升圖像渲染效率至關重要。由于基于云計算的集群環境已被用來處理大規模渲染任務，集群中的各個計算節點可以并行處理不同的渲染子任務，將呈指數級提高整體渲染效率。

未來，還需要開發更多有效的并行任務的調度算法，來實現計算集群的任務分配與負載均衡，從而更高效地完成渲染需求。由于渲染的計算效率決定了作品的視覺效果，這一系列的研究突破將在影視、動漫、游戲等領域開啟極具顛覆性的視覺盛宴。

目前，中國移動已聯合玻色量子在通信行業與算力行業取得一系列驕人戰績，接下來，雙方將充分發揮量子優勢，實現各行各業的量子革新。今年10月，玻色量子還將聯合移動云正式發布“量子計算云平臺”，這也是中國首個公有云量子云平臺，并將對外開放真機測試，提供人人可用的量子云算力！

接下來，玻色量子還將啟動“燎原計劃”開發者平臺，并持續對外開放“天工量子大腦”的真機測試，熱忱歡迎更多不同領域的研究伙伴前來了解相干量子計算的原理和能力，在此基礎上展開共同研發，用量子計算去解決更多真實場景中的問題，讓量子計算的超強算力能真正服務于各行各業，滿足未來時代對于計算的需求。