面向6G时代前沿技术初探：量子信息技术2024白皮书

前言 2023年，ITU-R发布了IMT-2030框架，强调可持续性、安全性和弹性，将未连接的连接和无处不在的智能作为首要方面，作为普遍适用于所有使用场景的设计原则。在另一项关于2030年及以后IMT未来发展的建议中，ITU-R提到，与RAN相关的量子技术是一项潜在技术，可在允许通过网络实体合法交换敏感信息时确保安全性和弹性。因此，应用量子技术实现第六代（6G）及后续通信的安全性和弹性的目标变得更加明确。为此，在这份每年修订的白皮书中，我们介绍了过去一年量子信息技术（QIT）在通信、网络和计算领域应用的研究进展，并对2024年量子技术研究提出了一些预期。 第二章重点介绍量子安全通信，旨在通过应用量子机制保护关键信息。介绍从量子密钥分配（QKD）、量子随机数生成器（QRNG）和量子信息网络（QIN）方面不断进行的各种理论和实验开始，随后介绍了世界各地最先进的QKD标准化活动。对6G的影响分别介绍了在车联网上部署的量子加密演示，与G.698.4设备集成连续可变QKD(CV-QKD)，以及量子密码技术在6G网络中的部署。 第3章深入研究了如何通过应用量子计算来满足6G所期望的通信系统性能的大幅提升和创新业务的丰富多样性。首先分析了通信的计算场景和关键问题，包括信号处理、网络优化、业务处理、网络智能化等。其次，提出了具有强大计算基础的“经典+量子”混合计算平台，为不同领域提供量身定制的计算支撑服务，促进研究创新和产品落地。第三，通过三个例子介绍了量子计算对6G的影响，分别应用量子计算解决经典通信问题。 基于2023年的突破性成果，2024年或将成为量子计算技术的重要一年，由此开始量子计算领域有望从物理量子比特过渡到纠错逻辑量子比特，同时反量子密码学研究时间表也将提前。 目录 前言............................................................................................................................................................................11.引言.............................................................................................................................................................................32.量子通信与网络.........................................................................................................................................................52.1关键技术...........................................................................................................................................................52.1.1量子密钥分发........................................................................................................................................52.1.2量子随机数生成器................................................................................................................................62.1.3量子信息网络........................................................................................................................................72.2量子密钥分发标准化活动...............................................................................................................................82.2.1中国标准化进展....................................................................................................................................82.2.2国际性标准化进展..............................................................................................................................102.3对6G的影响................................................................................................................................................132.3.1车联网中的量子加密..........................................................................................................................132.3.2量子加密与承载网设备集成..............................................................................................................142.3.3量子通信安全......................................................................................................................................143.量子计算...................................................................................................................................................................163.1通信计算场景及关键问题.............................................................................................................................163.1.1信号处理..............................................................................................................................................163.1.2网络优化..............................................................................................................................................173.1.3业务处理..............................................................................................................................................173.1.4网络智能化..........................................................................................................................................183.2量子混合异构计算.........................................................................................................................................183.3对6G的影响................................................................................................................................................193.3.1单小区大规模MIMO天线优化......................................................................................................203.3.2多小区大规模MIMO波束选择..........................................................................................................223.3.3毫米波信号相位校正..........................................................................................................................244.未来展望...................................................................................................................................................................275.致谢...........................................................................................................................................................................28 1.引言 这份每年修订的白皮书旨在介绍量子信息技术(quantuminformationtechnologies,QITs)的最新研究进展，以满足6G或后6G时代在通信和计算方面所面临的严格要求。除了QITs为通信和网络，以及计算带来的预期收益之外，本版本的白皮书还提出了对2024年量子技术研究的一些展望。 第2章量子通信与网络 第