The potential synergy between quantum communications and future wireless communication systems is explored. By proposing a quantum-native or quantum-by-design philosophy, the survey examines technologies such as quantumdomain (QD) multi-input multi-output, QD non-orthogonal multiple access, quantum secure direct communication, QD resource allocation, QD routing, and QD artificial intelligence. The recent research advances in these areas are summarized. Given the behavior of photonic and particle-like Terahertz (THz) systems, a comprehensive system-oriented perspective is adopted to assess the feasibility of using quantum communications in future systems. This survey also reviews quantum optimization algorithms and quantum neural networks to explore the potential integration of quantum communication and quantum computing in future systems. Additionally, the current status of quantum sensing, quantum radar, and quantum timing is briefly reviewed in support of future applications. The associated research gaps and future directions are identified, including extending the entanglement coherence time, developing THz quantum communications devices, addressing challenges in channel estimation and tracking, and establishing the theoretical bounds and performance trade-offs of quantum communication, computing, and sensing. This survey offers a unique perspective on the potential for quantum communications to revolutionize future systems and pave the way for even more advanced technologies.


翻译:本文探讨了量子通信与未来无线通信系统之间的潜在协同效应。通过提出量子原生或量子设计理念,本综述研究了量子域多输入多输出、量子域非正交多址接入、量子安全直接通信、量子域资源分配、量子域路由以及量子域人工智能等技术。总结了这些领域的最新研究进展。基于光子和类粒子太赫兹系统的特性,采用全面的系统导向视角评估了在未来系统中应用量子通信的可行性。本综述还回顾了量子优化算法与量子神经网络,以探索未来系统中量子通信与量子计算的潜在融合。此外,简要概述了量子传感、量子雷达与量子授时技术的现状以支撑未来应用。明确了相关研究空白与未来方向,包括延长纠缠相干时间、开发太赫兹量子通信器件、解决信道估计与追踪中的挑战,以及建立量子通信、计算与传感的理论界限和性能权衡。本综述为量子通信革新未来系统并推动更先进技术发展的潜力提供了独特视角。

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