移动网络中量子计算应用能力评测白皮书1.0（2024 年）.pdf

移动网络中量子计算应用

能力评测白皮书1.0

（2024年）

发布单位：中移智库

编制单位：中国移动通信研究院

2024年12月

前言

移动网络正由移动通信网络向移动信息网络演进升级，将融合通

信、感知、计算、智能等多类网络功能，在信号处理、数据处理、网

络优化、机器学习等方面面临巨大算法与算力挑战。量子计算是利用

量子叠加、量子纠缠等量子效应的全新计算模式，原理上具有远超经

[1]

典计算的强大能力，得到众多高算力需求行业的关注，有望成为解

决方案。

[2]

然而，当前量子计算机还处于含噪中等规模（NISQ）阶段，计

算能力参差不齐。量子计算机能否解决移动网络中真实问题，能否超

越经典计算，哪些因素制约应用，未来商用还有哪些瓶颈，都还是开

放性问题。

面对多样化移动网络算力需求、多样化量子计算技术路线和多样

化量子算法范式局面，有必要探索有效的量子计算应用能力评测框架

与方法，为移动网络引入量子计算提供选型参考，为应用储备工具。

本文以移动网络中真实计算需求案例为参考，提出量子计算应用

能力评测框架，定义应用能力关键性能指标，探讨评测基准、评测方

法和评测标准化需求。

限于编写组专业能力以及量子计算发展的难以预期性，本文仅给

出该问题的初步思考与建议，后续根据量子计算发展状况继续研究分

析，持续给出更新版本。

本文由中国移动通信研究院编制，由崔春风、潘成康、郑沛林、

王港曦、李永梅、易鑫等专家协同完成。本文由中移智库发布，版权

归中国移动通信研究院所有。

目录

1.移动网络发展面临的算力挑战1

2.量子计算带来的机遇与挑战3

2.1量子计算优势3

2.2量子计算技术挑战3

2.3量子计算应用挑战4

2.4量子计算应用评测必要性5

3.量子计算应用能力体系框架7

3.1总体框架7

3.2移动网络计算需求7

3.3量子硬件性能指标9

3.4量子算法性能指标10

3.5量子硬件与算法综合指标11

3.6量子计算机扩展能力指标11

3.7量子计算机部署能力指标13

3.8应用能力成熟度指标13

4.量子计算应用能力评测方法15

4.1应用能力评测基本概念15

4.2应用能力评测基本方法17

4.3移动网络计算需求评估案例18

4.4应用能力（量子算法级）评测案例20

5.量子计算应用能力评测标准化需求25

5.1应用能力评测标准化需求25

5.2应用能力评测标准化展望26

6.总结30

缩略语31

参考文献32

1.移动网络发展面临的算力挑战

移动网络正由移动通信网络向移动信息网络升级演进，在通信基础上，将引

入感知、计算、智能等多项网络功能，并引入通信感知一体化、超大规模MIMO、

去蜂窝网络（cell-free）、基于大模型的网络与空口、数字孪生网络等新技术，

在大规模信号处理、大规模网络优化、大模型训练推理和网络大数据处理等方面，

面临巨大的算法与算力挑战，如图1所示。

图1.移动网络发展面临的算力挑战

在信号处理方面，去蜂窝网络和超大规模MIMO面临高维MIMO信号处理

挑战，包括MIMO信号检测、MIMO信道测量与反馈、MIMO预编码，涉及高

阶MIMO矩阵乘、矩阵奇异值分解、矩阵求逆等运算，以及信号最大似然检测

等寻优问题。一个典型案例是信号处理中的矩阵乘，例如未来去蜂窝场景512*8

维MIMO矩阵，经典计算机求解复杂度虽然多项式级增长，但也带来极大的处

5G

理时延、资源消耗与功率消耗，相对与目前