Kvanttilaskenta tehostamaan 6G-yhteyksiä

Japanin kansallinen tieto- ja viestintätekniikan instituutti (NICT) kehitti hybridin signaalinkäsittelymenetelmän, joka yhdistää hehkutuspohjaisen kvanttitietokoneen ja klassista laskentaa seuraavan sukupolven mobiiliviestinnän järjestelmiä ajatellen.

Toteuttamalla tämä menetelmän tukiasemaan, 10 laitteen samanaikaista tiedonsiirtoa demonstroitiin onnistuneesti kokeissa, mikä vastasi 6G-aikakauden odotettuihin massiivisiin yhteysvaatimuksiin.

Ehdotettu lähestymistapa hyödyntää kvanttihehkutusta ratkaistakseen tehokkaasti kombinatorisen optimointiongelman, joka syntyy signaalin havaitsemisessa moniantennisen ja monen kantoaallon lähetyksissä.

Tämä tulos on merkittävä askel kohti laajamittaisen koneiden välisen tiedonsiirron toteuttamista tulevaisuuden 6G-verkoissa, mukaan lukien droonien, robottien ja XR-laitteiden sovellukset.

Näiden laitteiden tarpeisiin 6G:n odotetaan tarjoavan merkittävästi paremman massiivisen ylälinkkiyhteyden. Lisäksi nykyiseen 5G:hen verrattuna laitetiheyden 6G-verkoissa odotetaan kasvavan yli kertaluokan verran.

Yksi lupaava teknologia tämän haasteen ratkaisemiseksi on ei-ortogonaalinen monikäyttö (NOMA), joka mahdollistaa useiden laitteiden samanaikaisen lähettämisen samoilla aika- ja taajuusresursseilla.

Tällaisissa tilanteissa useiden laitteiden signaalit interferoidaan tukiasemassa ja ne on havaittava erikseen. Tämän seurauksena laskennallinen monimutkaisuus kasvaa eksponentiaalisesti, mikä johtaa suureen käsittelyviiveeseen ja vaikeuttaa reaaliaikaista havaitsemista.

Näihin tarpeisiin NICT kehitti hybridin signaalinkäsittelymenetelmän, joka integroi kvanttihehkutuskoneen klassiseen tietokoneeseen ja soveltuu moniantenni- ja monikantoaaltolähetyksiin (kuva 1). Ehdotettu menetelmä sisältää myös nykyaikaisten matkaviestinjärjestelmien olennaisia komponentteja, kuten kanavan estimoinnin referenssisignaalien avulla, mikä tekee siitä sopivan käytännön 6G-käyttöönottoon.

Arvioimme ehdotetun menetelmän lohkovirhesuhteen suorituskykyä numeerisilla simulaatioilla seuraavissa olosuhteissa: neljä vastaanottoantennia tukiasemalla, QPSK-modulaatio ja kahdeksan kytkettyä laitetta. Tämä asetus vastaa kombinatorista optimointiongelmaa, johon liittyy noin 48 ≈ 60 000 mahdollista signaaliyhdistelmää.

Näissä simulaatioissa hehkutusmenetelmänä käytettiin simuloitua kvanttihehkutusta (SQA). Tulokset vahvistivat, että ehdotettu menetelmä saavuttaa paremman havaitsemistehon kuin laajalti käytetty lineaarinen pienimmän keskineliövirheen (LMMSE) lähestymistapa (kuva 2).

Saadut tulokset osoittavat, että ehdotettu hybridi-signaalinkäsittelymenetelmä pystyy tehokkaasti tukemaan 6G-aikakaudella odotettua massiivista liitettävyyttä, joka vastaa kymmenkertaista laitetiheyden kasvua 5G-järjestelmiin verrattuna.

Aiheesta aiemmin:

Radioaaltojen fysiikka tuo älykkäämpiä reunalaitteita

Demonstraatioita 6G:n monipiste- ja hyper-avaruus tekniikoilla

Fotoniprosessori voisi virtaviivaistaa 6Gn signaalinkäsittelyn