論文の概要: Subspace-Confined QAOA with Generalized Dicke States for Multi-Channel Allocation in 5G CBRS Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.16396v1
- Date: Fri, 23 Jan 2026 01:58:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-26 14:27:27.505625
- Title: Subspace-Confined QAOA with Generalized Dicke States for Multi-Channel Allocation in 5G CBRS Networks
- Title(参考訳): 5G CBRSネットワークにおけるマルチチャネル配置のための一般化ディック状態付きサブスペース対応QAOA
- Authors: Gunsik Min, Youngjin Seo, Jun Heo,
- Abstract要約: 5Gネットワーク容量を最大化するためには、市民ブロードバンド無線サービスバンドの効率的なスペクトル共有が不可欠である。
本稿では,CBRSのマルチチャネルアロケーションに適したサブスペース型QAOAを提案する。
提案したアンザッツは、ほぼ最適の競合レベルを達成し、標準ペナルティベースのQAOAを一貫して上回っていることを示す。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.15293427903448018
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficient spectrum sharing in the Citizens Broadband Radio Service (CBRS) band is essential for maximizing 5G network capacity, particularly when high-traffic base stations require simultaneous access to multiple channels. Standard formulations of the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) impose such multi-channel constraints using penalty terms, so most of the explored Hilbert space corresponds to invalid assignments. We propose a subspace-confined QAOA tailored to CBRS multi-channel allocation, in which each node-wise channel register is initialized in a Generalized Dicke state and evolved under an intra-register XY mixer. This ansatz confines the dynamics to a tensor product of Johnson graphs that exactly encode per-node Hamming-weight constraints. For an 8-node CBRS interference graph with 24 qubits, the effective search space is reduced from the full Hilbert space of size $2^{24}$ to 2916 feasible configurations. Within this subspace, the algorithm converges rapidly to low-conflict assignments without large penalty coefficients. Simulations on instances with up to eight nodes show that the proposed ansatz achieves near-optimal conflict levels and consistently outperforms standard penalty-based QAOA and a greedy classical heuristic in terms of feasibility. Noise simulations with depolarizing channels further indicate that the constraint-preserving structure maintains a high feasibility ratio in NISQ-relevant error regimes.
- Abstract(参考訳): CBRS(Citizens Broadband Radio Service)バンドにおける効率的なスペクトル共有は、5Gネットワーク容量の最大化に不可欠である。
量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)の標準的な定式化は、ペナルティ項を用いてそのようなマルチチャネル制約を課しているため、探索されたヒルベルト空間の大部分は、不正な代入に対応する。
本稿では,CBRSマルチチャネルアロケーションに合わせたサブスペース統合QAOAを提案し,各ノードワイドチャネルレジスタを一般化Dicke状態に初期化し,登録内XYミキサーで進化させる。
このアンザッツは、ノード当たりのハミング重みの制約を正確にエンコードするジョンソングラフのテンソル積に動力学を限定する。
24キュービットの8ノードCBRS干渉グラフの場合、有効探索空間は、ヒルベルト空間の大きさが 2^{24}$ から 2916 に縮小される。
この部分空間内では、アルゴリズムは大きなペナルティ係数を伴わずに急速に低複雑性の代入に収束する。
最大8ノードのインスタンス上でのシミュレーションでは、提案されたアンザッツは、ほぼ最適の競合レベルに達し、標準ペナルティベースのQAOAと、実現可能性の点でグリーディーな古典的ヒューリスティックを一貫して上回っている。
脱分極チャネルによるノイズシミュレーションは、NISQ関連エラーレシエーションにおいて、制約保存構造が高い実行可能性比を維持していることを示している。
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