論文の概要: Quantum-Assisted Design of Space-Terrestrial Integrated Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.04350v1
• Date: Wed, 04 Feb 2026 09:18:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-05 19:45:11.451018
• Title: Quantum-Assisted Design of Space-Terrestrial Integrated Networks
• Title（参考訳）: 宇宙空間統合ネットワークの量子支援設計
• Authors: Chiara Vercellino, Giacomo Vitali, Paolo Viviani, Alberto Scionti, Olivier Terzo, Bartolomeo Montrucchio, Pascal Jahan Elahi, Ugo Varetto,
• Abstract要約: 宇宙空間統合ネットワーク(STIN)の設計と最適化を,ハイブリッド量子古典的手法を用いて検討する。 衛星選択問題(SSP)、ゲートウェイ選択問題(GSP)、スペクトル割り当て問題(SAP)の3つの主要な最適化問題を定式化する。 中性原子量子プロセッサを用いて、SSPを最大ウェイト独立セット問題にマッピングし、Aquilaプラットフォームに埋め込み、量子アディアバティックアルゴリズム(QAA)を介してそれを解く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.11242503819703255
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Achieving ubiquitous global connectivity requires integrating satellite and terrestrial networks, particularly to serve remote and underserved regions. In this work, we investigate the design and optimization of Space-Terrestrial Integrated Networks (STINs) using a hybrid quantum-classical approach. We formalize three key combinatorial optimization problems: the Satellite Selection Problem (SSP), the Gateway Selection Problem (GSP), and the Spectrum Assignment Problem (SAP), each capturing critical aspects of network deployment and operation. Leveraging neutral-atom quantum processors, we map the SSP onto a Maximum Weight Independent Set problem, embedding it onto the Aquila platform and solving it via the Quantum Adiabatic Algorithm (QAA). Postprocessing ensures feasible solutions that guide downstream GSP and SAP optimization. Benchmarking across 165 realistic remote regions shows that QAA solutions closely match classical exact solvers and outperform greedy heuristics, while subsequent GSP and SAP outcomes remain largely robust to differences in initial satellite selection. These results demonstrate that quantum optimization achieves performance broadly comparable to classical approaches for end-to-end STIN design, with rare instances where it can even surpass state-of-the-art solvers. This suggests that, while not yet consistently superior, quantum methods may offer competitive advantages for larger or more complex instances of the underlying combinatorial subproblems.
• Abstract（参考訳）: ユビキタスなグローバル接続を実現するには、衛星ネットワークと地上ネットワークを統合する必要がある。 本研究では,宇宙空間統合ネットワーク(STIN)の設計と最適化を,ハイブリッド量子古典的手法を用いて検討する。 本稿では、衛星選択問題(SSP)、ゲートウェイ選択問題(GSP)、スペクトル割り当て問題(SAP)の3つの重要な組合せ最適化問題を定式化し、それぞれがネットワーク展開と運用の重要な側面を捉えている。 中立原子量子プロセッサを活用して、SSPを最大ウェイト独立セット問題にマッピングし、Aquilaプラットフォームに埋め込み、量子アディアバティックアルゴリズム(QAA)を介してそれを解く。 後処理は、下流のGSPとSAP最適化を導く実現可能なソリューションを保証する。 165のリアルな遠隔領域のベンチマークでは、QAAの解法は古典的な解法と密接に一致し、グリーディー・ヒューリスティックスよりも優れており、その後の GSP と SAP の結果は初期の衛星選択の違いに大きく影響している。 これらの結果は、量子最適化が最先端のSTIN設計における古典的アプローチに匹敵する性能を広く達成し、最先端の解法を超越する稀な事例であることを示している。 これは、まだ一貫して優れているわけではないが、量子法は、基礎となる組合せサブプロブレムのより大きいあるいはより複雑なインスタンスに対して、競争上の優位性をもたらす可能性があることを示唆している。

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