| Project/Area Number |
23K22755
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| Project/Area Number (Other) |
22H01484 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
石川 直樹 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00801713)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
落合 秀樹 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (20334576)
石橋 功至 電気通信大学, 先端ワイヤレス・コミュニケーション研究センター, 教授 (80452176)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
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| Keywords | 無線通信 / 量子計算 / 最尤検出 / 量子回路 / 二次加速 |
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| Outline of Research at the Start |
無線通信方式の設計では計算量と性能のトレードオフが常に課題となる。無線通信と量子計算は一般に無関係だと信じられているが、量子回路とその制御アルゴリズムは一部の無線信号処理と数学的に類似しているため、両分野で独立に培われてきた学術的知見の相互作用が期待できる。本研究では、無線研究者の発想に基づく問題定式化と量子回路の新しい制御アルゴリズムを提案する。また、無線誤り率解析と同様に提案アルゴリズムの確率的振る舞いを解析する。これらを統合することで、無線通信の基盤技術である最尤検出、非直交多元接続、誤り訂正の計算量と性能のトレードオフ打破を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は下記二つの成果が得られ、いずれもIEEEのQ1国際誌に採録された。
[成果2] 無線チャネル割当問題におけるチャネルインデックスの昇順・降順バイナリ表現によるグローバー適応探索 (GAS) の量子ビット削減
NP困難な組合せ最適化問題として知られる無線チャネル割当問題について、高次制約なし二値最適化問題として定式化する新しい手法を提案した。従来の定式化手法はチャネルのインデックスをワンホット符号化するため、目的関数の次数を二次に抑えられる代わりに二値変数の数が増加する。これに対して、チャネルインデックスの昇順、および、降順バイナリ表現を考案し、GASが要する量子ビット数とゲート数を導出した。解析により、提案の定式化手法は従来手法と比較して、量子ビット数と問合せ計算量を大幅に削減できることが明らかになった。これらは量子ゲート数の増加を伴って実現されるが、提案の降順バイナリ符号化によりこの問題を緩和できる。
[成果3] GASの量子ビット数とゲート数を同時に削減する定式化手法の提案
ワンホット符号化を用いる一般的な組合せ最適化問題を対象に、量子ビットとゲート数を同時に削減可能な高次定式化手法を提案した。具体的には、多項式の因数分解によりゲート数を削減する手法と、目的関数の次数を半減させることで回路の実行時間と実装コストを削減する手法の二つである。解析により、提案の定式化手法が探索空間のサイズと量子ゲートの数の両方を削減することにより、GASの収束性能を改善できることを示した。
その他、本研究課題に関して招待講演2件を仰せつかり、いずれもスライドをresearchmapにて公開した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
成果2および成果3が得られ、目標としていた量子計算分野のQ1国際誌（IEEE Transactions on Quantum Engineering）に2編の論文が採録された。計画通り順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、2024年度は成果2および成果3を発展させ、量子計算の通信応用を開拓する。
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