6G時代に求められる多数接続性能を実証

2026.01.15 14:00

量子コンピュータを利用した同時通信に成功

2026年1月15日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント

■ 6G時代に通用する量子コンピュータを古典コンピュータにハイブリッドした信号処理手法を開発

■ 6G時代に求められる多数接続性能を満たす、基地局とデバイス10台の同時通信を屋外実験によって実証

■ ドローン、ロボット、XRデバイス等、6G時代の多様なマシン間通信の実現へ

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー）、理事長: 徳田英幸）は、アニーリング型の量子コンピュータ（以下「量子アニーリングマシン」）を古典コンピュータにハイブリッドした新たな信号処理手法（以下「本手法」）を開発し、これを基地局に搭載することで、次世代移動通信システム（6G）時代に求められる多数接続性能の実現につながる10台のデバイスとの同時通信を屋外実験によって実証しました。

　6Gでは、ドローン、ロボット、XRデバイス等の多様なデバイスの登場により、接続デバイス数の爆発的増加が想定されており、デバイス密度を第5世代移動通信システム（5G）と比較して10倍以上にすることが求められるとされています。本手法は、5Gだけでなく、6Gでも採用が想定されるマルチアンテナ・マルチキャリア伝送を前提にし、同時通信時に基地局で必要となる組合せ最適化計算を量子アニーリングマシンで行ったもので、屋外実験において10台のデバイスとの同時通信を実現しました。これは、従来困難であった多数のデバイスとの同時通信における信号検出を達成し、6G時代に要求される多数接続性能の実現に大きく貢献する成果です。本成果は、ドローン、ロボット、XRデバイス等、6G時代の多様なマシン間通信で利用されることが期待されます。

　なお、本成果は、2026年1月9日（金）に、国際会議「IEEE Consumer Communications & Networking Conference （CCNC） 2026」で発表されました。

背景

　ドローン、ロボット、XRデバイス等の普及を背景に、6Gでは上り回線における多数接続性能の高度化が求められており、現在の5Gと比較して、接続デバイス密度を10倍以上へ向上することが期待されています。その実現に向けて注目されている技術の一つが、非直交多元接続方式です。5Gでは、同じ周波数・時間で1本の基地局アンテナにつき1台のデバイスしか通信できませんが、この方式では複数のデバイスが同時に通信できます。ただし、基地局では、複数デバイスからの信号が重なって届くため、それぞれを検出する必要があります。デバイス数をK、デバイスが送信する信号の種類数をMとすると、デバイスが送信する信号の組合せはM^K（MのK乗）通りに増加します。その結果、デバイス数が増えるほど計算量が急増し、処理遅延が大きくなるという課題があります。

　本成果に先駆け、量子アニーリングマシンと古典コンピュータとを併用した信号処理手法（以下「旧手法」）を開発しました（関連する過去のプレスリリース参照）。この手法では、量子アニーリングマシンを用いて送信信号の組合せに関する問題を高速に処理しつつ、古典コンピュータによる事後処理で検出処理に必要な確率分布を算出していました。これによって、検出精度と処理速度を両立することが可能となりました。一方で、旧手法はごく限られた通信システムでしか有効性が立証されておらず、特に6Gでも採用が想定されるマルチアンテナ・マルチキャリア伝送における効果については未解明でした。

図1 量子アニーリングマシンを古典コンピュータにハイブリッドした新たな信号処理手法

今回の成果

　NICTは、旧手法をさらに発展させて、6Gで想定されるマルチアンテナ・マルチキャリア伝送にも適用可能な「量子アニーリングマシンを古典コンピュータにハイブリッドした新たな信号処理手法」を開発しました（図1参照）。本手法は、マルチアンテナ・マルチキャリア伝送だけでなく、レファレンス信号を用いた通信環境の推定といった、現在の移動通信システムで不可欠な技術要素を取り込むことで、6Gに適用可能な手法へと拡張されています。

　屋外実験を行う前に、「基地局における受信アンテナ4本、QPSK信号（M=4）、接続デバイス数8台（K=8）」という条件で計算機シミュレーションを行い、本手法の動作検証を実施しました。これは、4^8（４の8乗）通り（≒6万通り）のデバイスが送信する信号の組合せから、最も適切な解を探索する問題になります。なお、この実験においては、アニーリング手法としてはシミュレーテッド量子アニーリング（以下「SQA」）を用いました。その結果、現在広く用いられている近似手法（以下「LMMSE」）と比べて、本手法が高い検出性能を有することを確認しました（図2参照）。

図2 計算機シミュレーションによる本手法と従来手法（LMMSE）との比較

青がLMMSEで、赤がSQAによる計算結果。グラフが下にいくほど検出性能が高い。

「通信路推定」と記載している曲線はレファレンス信号を使用して通信環境の推定を行ったもの。

　次に、本手法を無線通信実験系の基地局に実装し、屋外における電波発射実験を行いました（図3参照）。シミュレーションと同じく「基地局における受信アンテナ4本、QPSK信号（M=4）、接続デバイス数8台（K=8）」という条件下で、アニーリング手法としてはSQAとD-Wave量子アニーリング計算機の2つの手法に対して評価を行いました。実験の結果、本手法によって、SQAとD-Waveの双方の場合において、誤り率ゼロで信号検出可能であることを示しました（図4参照）。さらに実験を進め、10台のデバイスとの同時通信が可能であることも確認しています。これは、6Gで期待される多数接続性能の向上、すなわち「5Gと比べて接続デバイス密度10倍」の実現に本手法が貢献できることを実証したものです。