量子辅助的空间-陆地集成网络设计
量子物理
2026-02-05 v1
摘要
实现全球普适连接性需要集成卫星网络和陆地网络，尤其是为了服务偏远和服务不足的地区。本文采用混合量子-经典方法，探讨了空间-陆地集成网络（STIN）的设计与优化。我们形式化了三个关键的组合优化问题：卫星选择问题（SSP）、网关选择问题（GSP）和频谱分配问题（SAP），每个问题都捕捉了网络部署与运行的关键方面。利用中性原子量子处理器，我们将SSP映射为最大权独立集问题，嵌入至Aquila平台，并通过量子绝热算法（QAA）求解。后处理确保可行解，指导后续的GSP和SAP优化。基准测试覆盖165个真实的偏远地区，结果显示QAA解决方案与经典精确求解器接近，优于贪心启发式方法，而随后的GSP和SAP结果对初始卫星选择的差异鲁棒性较大。这些结果表明，量子优化在端到端STIN设计方面实现了相当于经典方法的性能，仅在极少数情况下甚至能超越最先进的求解器。这表明尽管尚未普遍优于经典方法，量子方法可能为更大或更复杂的组合子子问题提供竞争优势。
引用
@article{arxiv.2602.04350,
title = {Quantum-Assisted Design of Space-Terrestrial Integrated Networks},
author = {Chiara Vercellino and Giacomo Vitali and Paolo Viviani and Alberto Scionti and Olivier Terzo and Bartolomeo Montrucchio and Pascal Jahan Elahi and Ugo Varetto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.04350},
year = {2026}
}
备注
16 pages, 6 figures, 2 tables