在无线通信技术有一件不幸的事，一种能显着提高无线网络能量效率的提议方法也面临着需要解决的复杂计算问题。但是有一位计算机科学家首次证明，量子搜索算法可以比经典计算机更快地解决这个问题。

一种新颖的无线通信技术可以改变电信介质本身部分(例如天线和副载波)的开关状态，还可以提供超强的能源效率增益，但其存在解决起来会计算困难的优化问题。然而，日本横滨国立大学的一位计算机科学家首次证明，在查询复杂度方面，量子搜索算法可以比经典计算机更快地解决这个问题。

5G无线网络的到来极大地提升了带宽和带来了更高的数据速率，并有可能实现广泛的新移动数据应用，例如自动驾驶汽车和物联网(IoT)等。同时，这种业务量的激增需要改进技术以提高所有这些信息的无线电频谱载波的使用效率以及为系统供电所需的能量。一种能提高能效的创新方法，近年来在无线通信界引起了极大的关注，即所谓的索引调制。

索引调制(IM)技术的名称与调频(FM)或调幅(AM)术语相呼应，用于描述语音或音乐等信息如何通过无线电波在空间中传输。在发送端，“载波”无线电波的频率或幅度被发射器即时修改(“调制”)，以便将信息印在该波上，这类似于19世纪的电报运营商将信息印在电流并通过电报线传输的摩尔斯电码形式。在接收端，该载波的解码或“解调”提取了嵌入在其中的信息，从而产生了人耳可以听到的声音。除了改变无线电波的频率或幅度之外，调制载波的第三种方法是改变其相位。

索引调制提供了第四种(或者可以说是第四维)方式来记录令人印象深刻的信息，但这是通过利用其索引的开或关状态来实现的。在这里，索引一词只是对通信系统的基础设施和操作构建块的统称，例如传输天线、副载波、时隙、射频反射镜、LED，甚至中继和扩频码。通过打开或关闭这些不同的元素，这可以为传输增加另一层信息，它是以二进制数字或比特的形式来表示。

通过关闭系统的某些部分，即使它们在传送信息，传输符号序列的稀疏性也简化了计算的复杂性。这也大大的降低了传输给定数据量所需的能量。该论文的作者Naoki Ishikawa副教授说：“这是一个非常优雅的概念，使用通信系统自身构建块的激活模式来传递信息，这实现降低了硬件的复杂性。”

但这种彻底的改进伴随着额外的(而且是实质性的)挑战。索引调制需要优化以确定应该使用哪些索引以及何时来传达这种二进制信息，而这种特定类型的优化恰好在计算上非常困难。Ishikawa补充道：“这个优化问题就是计算复杂性理论家所说的‘NP-hard’，这是非常困难的问题之一。它导致了我们所说的组合爆炸。所以我将这个数学挑战难题命名为‘索引选择问题’。”

为了解决索引选择问题，Ishikawa使用了一种被称为格罗弗(Grover)自适应搜索(GAS)的量子计算算法，也称为量子搜索算法。在论文中，Ishikawa首次证明了在查询复杂度方面，GAS量子计算算法原则上可以比经典计算机更快地解决索引选择问题。他说：“这表明索引调制与量子计算机兼容，因为它代表着信息的开和关，从而产生了通常用于量子计算的二进制变量。”

使用GAS量子搜索算法来解决索引调制问题仍然是一个概念证明，因为容错的大规模量子计算机距离实现还有几年的时间。现有量子计算机的工业应用仍然存在许多挑战，因为它们不可忽略的背景噪声淹没了许多信号。此外，GAS可以提供二次加速，但索引复杂度的问题仍未解决，需要进行长期的研究。

当量子计算机通过N次查询解决问题时，就会发生二次加速，而经典计算机需要进行N*N=N²次查询。指数加速发生在量子计算机通过N次查询解决问题的情况下，而经典计算机将进行2N次查询。所以如果N是一个很大的值，那么查询复杂度的差异也会变得更大。尽管如此，GAS实现的量子加速证明它有可能解决社会中的许多其他问题，而不仅仅是索引选择问题。（编译:Qtech）