صنعت ارتباطات از راه دور با تقاضای فزاینده‌ای برای حل مسائل پیچیده محاسباتی، ازجمله بهینه‌سازی شبکه، تجزیه‌وتحلیل داده‌ها و مدیریت منابع مواجه است. روش‌های محاسباتی سنتی محدودیت‌های بالایی را در مدیریت کارآمد این مسائل در مقیاس بزرگ دارند. محاسبات کوانتومی می‌تواند از پدیده‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی و درهم تنیدگی برای مقابله با برخی از این مشکلات استفاده کند. در این مقاله به معرفی تأثیرات پردازش کوانتومی در صنعت مخابرات پرداخته می‌شود.
همان‌طور که توسط کمیسیون اروپا در سال 2023 گزارش‌شده است، محاسبات کوانتومی یکی از فناوری‌های تأثیرگذار در دنیای آینده و برگ برنده‌ی شرکت‌ها برای رسیدن به رهبری در حوزه‌های مربوط به خود است. محاسبات کوانتومی می‌تواند به حل مسائل محاسباتی پیچیده‌ای که در برنامه‌ریزی و بهره‌برداری از شبکه‌های مخابراتی (آینده) وجود دارد، کمک کند. در حال حاضر اکثر مسائل بهینه‌سازی در حوزه مخابرات و ICT با الگوریتم‌های زمان‌بر، پیچیده و غیر بهینه‌ای حل می‌شوند. نمونه‌ای از این مسائل شامل تخمین کانال رادیویی، تشخیص و همگام‌سازی داده‌ها و بهینه‌سازی مراکز داده است. به‌خصوص در شبکه‌های ارتباطی سیار آینده (5G و فراتر از آن)، نیاز به محاسبات قدرتمند برای کنترل و برنامه‌ریزی شبکه وجود دارد.
مهندسی و کنترل وضعیت شبکه‌های رادیویی نسل ششم برای پیش‌بینی رویدادها و جلوگیری از حوادث بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور، شبکه‌های رادیویی نسل ششم باید با الگوریتم‌های هوش مصنوعی ادغام شوند. با توجه به حجم بالای داده‌ها در مخابرات نسل آینده، سیستم‌های محاسباتی کلاسیک توانایی پاسخ به این نیاز را ندارند. درحالی‌که کامپیوترهای کوانتومی می‌تواند حجم عظیمی از داده‌ها را در راستای بهبود کیفیت خدمات و تجربه مشتریان (QoE) پردازش و مهار کند. تلفیق محاسبات کوانتومی و یادگیری ماشین و هم‌افزایی آن‌ها با شبکه‌های ارتباطی به‌عنوان یکی از پارادایم‌های اصلی فناوری در حوزه مخابرات نام‌برده می‌شود. الگوریتم‌های کوانتومی می‌توانند چالش‌های دنیای واقعی در شبکه‌های مخابراتی، ازجمله مدیریت ازدحام شبکه، زمان‌بندی و تخصیص منابع را برطرف کنند. الگوریتم‌های کوانتومی می‌توانند به‌مرورزمان عملکرد شبکه را بهبود بخشند و کارایی عملیاتی را افزایش دهند.
محاسبات کوانتومی-کلاسیک ترکیبی به یک رویکرد محاسباتی اشاره دارد که نقاط قوت محاسبات کلاسیک و محاسبات کوانتومی را برای حل مسائل پیچیده ترکیب می‌کند. این رویکرد از قدرت محاسباتی رایانه‌های کوانتومی برای کارهای خاص استفاده می‌کند درحالی‌که از محاسبات کلاسیک برای سایر جنبه‌های فرایند حل مسئله استفاده می‌کند.
به‌طورکلی، قابلیت‌های محاسباتی منحصربه‌فرد محاسبات کوانتومی، مانند برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی، تونل‌زنی و موازی‌سازی کوانتومی، پتانسیل رسیدگی به مشکلات پیچیده بهینه‌سازی و یادگیری ماشین را در شبکه‌های بی‌سیم و ثابت مخابراتی دارد. استفاده از الگوریتم‌های کوانتومی می‌تواند منجر به کارآمدتر شدن عملیات شبکه، بهبود عملکرد، افزایش بهره‌برداری از منابع و درنهایت تجربه بهتر کاربر در شبکه‌های مخابراتی شود. به‌عنوان‌مثال می‌توان به مدیریت طیف، تخمین کانال، بهینه‌سازی منابع، مسیریابی و برنامه‌ریزی شبکه، تشخیص خطا و مدیریت انرژی اشاره کرد.
بااین‌حال، پیاده‌سازی محاسبات کوانتومی در مخابرات با چالش‌های مهمی از جمله محدودیت‌های سخت‌افزاری، نرخ خطا و مقیاس‌پذیری مواجه است. برای تحقق وعده‌ها، به تلاش‌های تحقیقاتی زیاد و پیشرفت‌های غیرقابل‌تصوری در توسعه سخت‌افزارهای کوانتومی نیاز است. برای استفاده کامل از مزایای این سیستم‌ها، ذینفعان صنعتی و مراکز تحقیقاتی باید باهم هماهنگ باشند؛ بنابراین جهت تدوین چشم‌انداز آینده محاسبات کوانتومی در مخابرات، به همکاری‌های استراتژیک همه ذینفعان نیاز است.
برای آشنایی بیشتر با کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی در صنعت مخابرات می‌توانید با کلیک بر روی دکمهی “دوره‌ی آموزشی مرتبط” در دوره‌ی «Introduction to Quantum Computing» در سامانه مدیریت یادگیری (LMS) شرکت کنید.