NTTと電機大、無線品質を現行の量子アニーリングマシンで高速・高精度に推定可能な技術を開発

日本電信電話株式会社（以下、NTT）と東京電機大学（以下、電機大）は、電波伝搬シミュレーションの実現アルゴリズムを開発し、実際の量子アニーリングマシン上で有効性を実証した。

サイバー空間とフィジカル空間が融合したシステム上で求められる無線通信品質推定は、msecオーダの高速性と、誤差が数dB程度となる高精度化が両立したものだ。

さらに、実用化のためには、現行のアニーリングマシンで提供される、量子ビット数の範囲内で計算が実行できなければならない。

そこでNTTと電機大は今回、アニーリングマシン上で実行可能な、新たな伝搬QUBOモデルを考案した。

具体的には、建物壁面などに対する、電波の散乱現象を模擬できるFraunhofer近似を、QUBOモデルへ落とし込んだ。これにより、実環境が再現されたサイバー空間での無線品質推定精度を向上することができた。

電波の通り道が複雑な50m四方程度のエリアに相当する計算モデルで計算を行ったところ、散乱回数3回の条件のとき、厳密解となるレイトレース法に対する従来技術の誤差は、損失量の小さい上位3経路で10dB以上となっているものの、この技術では、上位2経路で1dB以内の誤差が実現できていることがわかった。

なお、この技術は、従来技術と同様に、ノイマン型計算機でのレイトレース計算に対して、100万分の1以上に計算時間が短縮できており、高速性は維持できていることを確認している。

これにより、従来技術で実現されていたリアルタイム性を保ったまま、ピンポイントな場所に対する無線通信品質推定の高精度化を両立させることに成功した。

また、疑似量子アニーリングによる動作検証だけでなく、疎結合5640量子ビットの量子アニーリングマシンにて考案した伝搬QUBOモデルを、実際に動作させることに成功し、アルゴリズムの有効性を実機で確認した。

計算に必要な量子ビット削減技術では、建物構造に対する電波の性質を考慮することで、電波の通り道の組み合わせ数爆発を抑制する技術を確立した。

現在の量子アニーリングマシンで使うことのできる量子ビット数は、今回の技術の大規模な計算実行時に十分な量ではないため、利用可能なレベルまで量子ビットを削減する技術を確立することが必要であった。

そこで、量子ビット削減技術を開発し、実際の都市モデル（面数450面）を用いて散乱回数7回の大規模計算を行なったところ、必要量子ビット数を25分の1に削減し、現行のアニーリングマシンで提供される量子ビット数以内に収めることができた。

今後両者は、6Gでめざす信頼度99.99999%を達成するための技術開発を進めるとともに、今回のアルゴリズムを無線通信ネットワークに組み込み、高速・大容量・低遅延で繋がり続ける無線システムの実証を進め、2030年目途での技術確立を目指すとしている。

なお、この成果は、2023年11月14日～17日に開催されるNTT R&D フォーラム— IOWN ACCELERATIONに展示予定だ。

IoTNEWS編集部

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