NICT、世界初となる量子コンピューターを利用した屋外多数同時接続に成功。次世代で期待される「10台以上同時接続」に前進

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、原理検証の結果

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）は、次世代移動通信システムで期待される同一周波数・同一時間での基地局への複数台同時接続に向け、量子アニーリングマシン（量子コンピューターの一種）と古典コンピューター（非量子の、従来のコンピューター）を組み合わせた新たなアルゴリズムを開発し、屋外実験で4台との同時接続、シミュレーションにおける7台の同時接続を確認した。同機構によれば、量子アニーリングマシンを利用したアルゴリズムを用いて、実フィールドにおける多数同時接続技術（非直交多元接続技術）のオンラインでの実証を行ったのは世界初。

　5Gでは同一周波数・同一時間で基地局のアンテナ1本あたり1台の端末と通信しているが、次世代移動通信システムでは、10倍以上の同時接続数が期待されるという。それを実現できる技術の1つとして、端末局間の干渉を許容する代わりに同時接続台数を増大させる「非直交多元接続技術」が期待されているが、この技術では、干渉により積み重なった信号を分離するため、膨大な計算が必要になる。

　NICTでは、組合わせ最適化問題を高速に説くことができる量子アニーリングマシンと、汎用的な計算に向く古典コンピューターを組み合わせた実用的な演算手法を開発。これを用いたオンラインでの実証を行った。

　使用したアルゴリズムは、量子アニーリングマシンが（正解とは限らない）組合わせの候補を出し、NICTの独自技術を用いて古典コンピューターによる事後処理をおこなうことで、限られたサンプル数でも精度よく統計分布に従う解を得ることが可能になるもの。このアルゴリズムは、組合せ最適化問題に限らない、さまざまな信号処理の問題に適用できるという。

　シミュレーションによる評価において、7台同時接続までは従来の信号分離と比較して誤り率特性が同等であることを確認した。また、本アルゴリズムを実装した無線通信実験系を開発し、屋外で行った実験では、4台接続して誤り率ゼロで伝送できることを確認した。

今回使用した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

　同機構では今後も、10倍の達成に向けた演算手法の改良や実証を進めていくとしている。また、今回使用したアルゴリズムの無線通信信号処理以外への利用や、、量子アニーリングマシン以外の量子効果を活用した計算機や演算方法による評価も進めていくという。