NICT、量子コンピュータ利用のアルゴリズムを屋外多数同時接続実験で実証

　情報通信研究機構（NICT）は、アニーリング型の量子コンピュータと古典コンピュータを併用する新たな演算手法を開発し、非直交多元接続技術の信号分離処理に適用した無線通信実験に成功したことを発表した。

量子アニーリングマシンを利用した上り回線非直交多元接続実験系の構成と原理検証結果

背景

　5Gでは、同一周波数と同一時間を使用し、1本の基地局アンテナが1台の端末局と通信を行うしくみが採用されている。一方で、次世代移動型通信システムでは、5Gの10倍以上の同時接続数が期待されている。

　非直交多元接続技術を利用すると、1本のアンテナに対して複数台の端末局が通信を行うことが可能になる。しかし、基地局ではいくつもの端末局からの信号を受信すると、端末局ごとの受信信号を分離する処理が必要となる。端末局数が増えるごとに受信信号の組み合わせの数は指数関数的に増加し、計算量が増え、処理時間が長くかかることが課題とされてきた。

　組合せ最適化問題を速く解ける機械として、量子アニーリングマシンがあるが、汎用的な計算が得意でないという欠点をもっている。次世代通信システムにおける信号処理では、汎用的な計算も必要となるため、量子アニーリングの強みを生かしながら実用的なアルゴリズムを開発することが求められていた。

成果

　同機構は、量子アニーリングマシンと古典コンピュータを併用する新たなアルゴリズムを開発した。

　本アルゴリズムでは、量子アニーリングマシンを、信号の組合せ候補を出力するサンプラーとして使用する。複数の候補に古典コンピュータでの事後処理を適用することで、統計分布に従う解を得られるしくみとなっている。

　非直交多元接続技術を対象としたシミュレーションと屋外実験により、本アルゴリズムの有効性の確認が行われた。

　シミュレーションでは、1本の基地局アンテナに対して7台の端末局が通信した場合の信号分離の誤り率が、従来の古典コンピュータのみを使用した方法と同様であることが明かされた。計算時間は、従来の方法の約10分の1となった。

本アルゴリズムを用いた上り回線非直交多元接続シミュレーションの結果

　屋外実験では、アンテナ1本あたり4台の端末局が通信する場合に、誤り率がゼロで伝送できることが実証された。量子アニーリングマシンを信号分離処理に利用した、非直交多元接続のオンラインでの屋外実験は、今回が世界で初めての例となる。

　本アルゴリズムの改良や実証を進め、無線信号処理やそのほかの領域への応用を目指すとする。