面向边缘计算的支撑平台

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面向边缘计算的支撑平台项目可行性研究报告

面向边缘计算的支撑平台

项目可行性研究报告

网宿科技股份有限公司

二〇一八年九月

目录

第一章项目概况 (2)

一、项目名称 (2)

二、项目简介 (2)

三、项目投资主体简介 (2)

第二章项目背景、内容和建设必要性 (3)

一、项目背景 (3)

二、项目内容 (4)

三、项目建设必要性 (6)

第三章项目可行性分析 (6)

一、新一代信息技术产业受政策支持 (6)

二、边缘计算相关技术快速发展 (7)

三、网宿科技行业积累深厚 (7)

四、项目资金的有效保障 (8)

第四章项目投资、成果、效益分析 (9)

一、总投资情况 (9)

二、项目实施周期和进度 (9)

三、项目成果 (10)

四、效益分析 (10)

第五章项目建设风险 (11)

一、技术 (11)

二、相关行业发展限制风险 (11)

第六章结论 (11)

第一章项目概况

一、项目名称

面向边缘计算的支撑平台项目

二、项目简介

边缘计算是云计算的延伸和补充,未来需求广阔。边缘计算可以在网络边缘、靠近用户的地方提供IT服务环境和计算能力。在要求高并发、低延迟、大带宽的重度应用中,采用边缘计算可以发挥出传统云计算无法实现的作用。边缘计算与云计算、智能传输网络的有机结合正在成为下一代网络架构的发展趋势。因此,在物联网、人工智能兴起以及5G时代即将到来的背景下,发展边缘计算至关重要。

网宿科技股份有限公司(以下简称“网宿科技”或“公司”)拟使用部分募投资金,建设面向边缘计算的支撑平台项目(以下简称“边缘计算平台项目”)。本项目将利用网宿科技现有CDN节点资源、原社区云项目节点资源以及利用网宿计算能力共享平台项目资源总计搭建700+个边缘计算节点(将视情况补充和扩展),构建边缘计算的硬件平台;通过自研边缘计算平台软件及系统的方式构建边缘计算项目的软件平台。本项目拟主要提供三大类产品线:基础能力平台、应用服务、解决方案。并涵盖大数据、物联网、工业互联网、多媒体、AI(Artificial Intelligence)等多行业的产品和服务。网宿科技边缘计算平台可与云计算、智能传输平台有机结合,赋能客户与行业,支撑客户模式创新,满足客户对边缘计算的需求。

本项目是由原社区云项目延展而来。在社区云项目已投入的边缘节点、运营平台及技术研发的基础上(项目变更后,原社区云项目研发、业务开拓等投入金额为11,538.56万元),结合边缘计算的发展需求,将“社区云”项目变更为“面向边缘计算的支撑平台”项目,首期继续投入募集资金20,570.20万元,用于研发投入、资源租赁、业务开拓投入等。本项目投资总额为32,108.76万元。

本项目是平台类型建设项目,根据业务需求进行建设。项目投资期限为2018年10月至2022年12月,建设期内逐步进行市场培育与优化解决方案,项目建设第2年起边建设边运营,第4年预计全部完成,项目建设完成后预计实现年营业收入不低于10亿元。网宿科技边缘计算平台契合公司主营业务布局以及战略发展方向,可以充分利用公司既有资源,并可以针对需求急迫的行业客户快速推出相关解决方案,具备成本和客户协同等方面的优势。

三、项目投资主体简介

网宿科技成立于2000年1月,主要业务是向客户提供“内容分发与加速(CDN)”、“互联网数据中心(IDC)”、“云计算”、“云安全”等服务。公司客户群覆盖互联网门户网

站、音视频网站、游戏网站、电子商务网站、政府网站、企业网站以及运营商等,公司服务约3,000家大中型客户,是市场同类公司中拥有客户数量较多、行业覆盖面较广的公司。

公司注册在上海,在北京、上海、广州、深圳等地设有分公司,在美国、韩国、日本、俄罗斯、新加坡、英国、印度等地建立分支机构,并在厦门及美国硅谷等地建有研发中心。截至2017年末,公司员工人数为3,748人,研发和技术人员占比超过60%;2018上半年,公司研发投入34,505.06万元,占营业收入的11.28%,同比增长30.74%。作为技术驱动型企业,公司始终密切关注行业技术的发展及市场趋势,加大研发投入,充实技术力量,推动技术和产品不断升级。2018年上半年,公司实现营业收入305,977.74万元,比去年同期增长25.29%;归属于上市公司股东的净利润44,941.33万元,比去年同期增长8.04%。

第二章项目背景、内容和建设必要性

一、项目背景

边缘计算与云计算相互补充已成为新一代信息网络架构的发展趋势,未来需求广阔。特别地,在当前物联网、人工智能等“新引擎”日益在各行业中实现大规模应用,离不开边缘计算这一“新平台”的支撑。

1、新一代信息技术催生市场机遇的同时,也使传统云计算面临挑战

上一代信息技术极大推动了社会经济发展。以通信网络、互联网、移动社交和电子商务等为代表,改变了人类的生活方式,产生了巨大的经济效益。新一代的信息产业,基于大数据、人工智能、物联网、5G等技术,将催生市场新机遇,推动智能社会建设与发展。

云计算在过去数年,使IT基础设施的架构空前集中,提升了资源的利用效率。但正在到来的5G通信、物联网、人工智能等技术为代表的新一代信息技术,在催生新的巨大市场机遇的同时,也将使传统云计算面临高并发下的源站压力和带宽压力、以及存储、延迟等方面的挑战。

物联网、人工智能等技术的兴起使得未来高并发可能成为常态,对源站造成极大压力,也对带宽和存储提出挑战。传统的云计算模型中,云中心通过两种方式获取的数据量仍在可控范围内:第一种通过数据库的方式来获取,第二种通过终端设备(传感器;摄像头;智能手机等)上获得数据。但物联网(IOT)时代,第二种方式的流量爆发式增长。根据IDC的统计数据显示,到2020年全球将有超过500亿终端和设备联网。而事实上,相当部分的物联数据仅有本地化需求,如果回传远程云计算中心,反而对网络带宽和云中心都造成巨大压力。另一方面,目前,即使针对当前典型的移动视频应用,全球用户仍面临着较差的体验。而随着高清视频如4K,以及VR/AR等重度应用的发展,带宽、存储方面的压力将使现有网络日益不堪重荷。

此外,低延迟等特性的需求日益显著,而云计算则力不从心。在即将到来的5G时代,云架构的不足可能日益凸显。未来,在延迟方面,如在生产控制领域,业务控制时延必须小于10ms;而5G定义的远程手术、自动驾驶等场景需要低时延或超低时延。现有网络无力实现。5G对性能的苛刻要求需要多种技术方案配合才能达成,而边缘计算是不可或缺的一环。正因此,国际电信标准化组织ETSI(European Telecommunications Standards Institute)、

3GPP(3rd Generation Partnership Project)等发起并支持移动边缘计算(MEC)。

2、边缘计算顺势而生,与云计算配合将成为一种趋势

针对云计算的不足,边缘计算(Edge Computing, EC)顺势而生。边缘计算在网络边缘(云和端之间)提供计算为主、网络为辅的服务,是在接近现场应用端提供的计算。因此,边缘计算是云计算的延伸,而不是云的替代品。边缘计算具有本地化、近距离、低时延、位置感知、能够获取网络上下文信息、安全性更高的特点。

在部署边缘业务时,有三种类型的边缘情景需要考虑,分别是个人边缘(personal edge)、业务边缘(business edge)、云边缘(cloud edge)。其中,与网宿科技自身业务可结合度较高的是云边缘,可视具体情况可向业务边缘拓展。

图1边缘计算三类场景:云边缘/业务边缘/个人边缘

二、项目内容

网宿科技边缘计算平台拟涵盖云边缘,视情况拓展业务边缘。提供基于边缘的基础设施能力、应用服务、以及行业解决方案。网宿科技的CDN架构拥有与生俱来的边缘节点属性,正契合边缘计算对分布式网络基础设施的需求。网宿科技边缘计算产品提供基于边缘位置的信息基础设施能力,使云中心的业务能力下放到网络边缘,离用户更近,满足不同阶段的数据承载需求。可以极大程度的缩短网络时延,提高数据处理效率,从而解决云中心难以满足的物联网、人工智能等重度应用爆发的关键需求。并能够降低产品成本、提高产品性能及稳定性,使客户产品竞争力更强。

1、建设目标:

网宿科技面向边缘计算的支撑平台项目将通过升级改造现有CDN边缘节点,整合利用已建成的社区云项目节点,及利用网宿计算能力共享平台资源总计搭建700+个边缘计算节点(将视情况补充和扩展),构建边缘计算的硬件平台;另外,在原社区云项目研发投入基础上,首期继续投入募集资金20,570.20万元,打造自主研发的边缘计算平台软件及系统,完成技术平台搭建。从而构建边缘计算软硬件平台基础设施,组成大规模分布式的边缘计算网络,对典型的边缘计算应用场景进行验证及推广。目标规划在2018年10月~2022年12月之间,搭建700+边缘计算节点,根据业务拓展情况增加、扩展节点数量。并完成产品业务体系的研发、市场推广,形成产值。

图2项目建设进度节点规划

2、产品业务体系:网宿科技边缘计算产品形态,将主要包含但不限于基础能力平台、应用服务、解决方案三大类产品线。其中:

基础能力平台:包括主机租赁、容器平台、函数计算。

应用服务:包括转码切片、AI、数据预处理、自定义监测等。

解决方案:包括智能家居、智慧城市、工业互联网解决方案等。

图3网宿科技边缘计算产品业务体系

三、项目建设必要性

1、边缘计算可缓解网络延时和流量爆发等挑战,缓解云中心压力

当前云计算中心通常聚集在经济较为发达的城市,然而受能耗等要素制约,云中心等基础设施的建设无法满足指数增长的数据爆发。已有的云中心面对流量爆发也将承受巨大压力,并且无力解决网络延迟问题。

边缘计算将原本属于云中心的计算任务,分担给具备计算能力和数据分析能力的网络边缘设备上,降低云中心的计算负载,同时降低由于数据爆发造成的网络带宽的压力。

2、边缘计算可支持更多关键性业务,实现更多创新

对于用户而言,使用边缘计算+云计算组合,比单纯使用云计算能够完成更多关键性业务。边缘计算可以创造新的价值链和生态系统。并通过定制化服务,实现更多创新。ETSI 于2016年发布的MEC标准,对智能移动视频、监控视频流、AR、密集计算辅助、企业专网、车联网、物联网等七大业务场景作了规范和详细描述。其中,边缘计算从业务和用户感知、跨层优化、网络能力开放、C/U分离等方面将对5G的发展起到必不可少的促进作用。而未来5G的落地将进一步激发关键性业务创新。

第三章项目可行性分析

一、新一代信息技术产业受政策支持

围绕人工智能、大数据、物联网、工业智能制造、工业互联等新一代信息技术产业,我国政府已出台系列政策指引产业发展。这些政策对相关产业的推动,将激发对边缘计算市场的需求。

以2018年工信部印发的《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》为例,计划指出,“到2020年底,初步建成工业互联网基础设施和产业体系。初步建成适用于工业互联网高可靠、广覆盖、大带宽、可定制的企业外网络基础设施”,“初步构建工业互联网标识解析体系,建成5个左右标识解析国家顶级节点,标识注册量超过20亿。推动30万家以上工业企业上云,培育超过30万个工业APP。”预计将推动工业互联行业发展提速,进而增加边缘计算的市场需求。

表格 1 我国关于人工智能、物联网、大数据、5G等产业相关政策文件

二、边缘计算相关技术快速发展

一方面,云计算的发展已促使虚拟化、容器等技术日渐成熟。而边缘计算是云计算的延伸,因而这些技术也是边缘计算软件平台所需的关键技术。这为网宿科技边缘计算平台的搭建带来一定便利。

另一方面,物联网平台日渐完善,逐步满足功能需求后,行业将更加关注并发、时延、效率等性能需求。因此,自动驾驶、工业4.0等所需的人工智能、大数据等相关技术也进展迅速。这些技术对时延和数据处理效率的要求,正适合与边缘计算平台相结合。这使得边缘计算平台的能力得到扩展。

此外,5G通信渐行渐近。3GPP等组织已经明确边缘计算将纳入5G移动通信网络架构的规划中。相关技术也正在走向成熟。鉴于移动网络的高速增长趋势,移动边缘计算的发展可极大扩大各类市场需求。

边缘计算平台的硬件平台可基于通用IT硬件搭建。而软件平台技术则包括虚拟化、容器、高精度定位、分流、CDN下沉等等。网宿科技具备相关软硬件技术的基础解决方案,通过对相关技术和平台进行融合、优化,以及与第三方合作相结合等方式,即可实现项目平台的搭建。

三、网宿科技行业积累深厚

网宿科技具有深厚的技术研发底蕴,能够对项目平台的搭建提供坚实的技术和实践基础。网宿科技自身的主营业务覆盖CDN、IDC、安全及云计算等领域,在厦门及美国硅谷设立了研发中心,超过2,000名研发及技术人员专注于行业技术创新,并积累了一大批专利、软件著作等知识产权。公司不断向市场推出成熟产品,如网宿科技全网大数据监控、极速云平台、云存储、云转码、网宿网盾、视频云AI鉴黄等系列产品和技术。

凭借CDN领域的积累,网宿科技建立了丰富的节点资源,为拟建设的边缘计算平台项目带来一定的便利条件。截至2017年末,网宿科技在全球运营着1,000+个CDN加速节点,覆盖欧美、东南亚、非洲等40+个国家及地区。

经过十多年的深耕细作,网宿科技已形成丰富、广泛的合作伙伴、客户、海外资源、产业创投生态圈。因此,网宿科技可以通过整合各生态圈资源,丰富边缘计算平台业务内容和产品形态,例如整合AI/VR/AR等相关技术快速形成行业解决方案。

四、项目资金的有效保障

网宿科技拟变更社区云项目募集资金的用途,用于面向边缘计算的支撑平台建设资金投入。2016年,经中国证券监督管理委员会证监许可[2016]129号文《关于核准网宿科技股份有限公司非公开发行股票的批复》核准,公司向特定投资者非公开发行人民币普通股(A股)股票81,218,421股,募集资金净额为354,712.88万元。以上募集资金到位情况已经瑞华会计师事务所(特殊普通合伙)审验并出具瑞华验字[2016]48260004号《验资报告》。其中,社区云项目计划投入募集资金人民币214,712.88万元,项目建设期为三年。

社区云项目拟通过建设一个贴近用户、提供强大云计算服务的边缘计算平台,有效支持未来各种重度应用和创新业务(例如4K、VR、互联网教育、在线医疗等)的计算、分发等需求,提高终端用户的使用体验。社区云项目建设期内,重度应用未呈现出爆发增长的态势,公司把控募投项目实施质量,根据重度应用发展的情况相应调整了社区云项目的投入进度。长期而言,公司依然看好重度应用的发展前景,以社区云项目所搭建的边缘计算平台为重度应用提供系统支持依然是未来极具潜力的发展方向。与此同时,随着技术的进步和行业应用的发展,市场对边缘计算平台的功能、服务的需求也发生了新的变化。未来,大量的数据需要在网络边缘侧分析、计算、存储,原社区云项目的业务场景将从社区进一步扩大到整个网络边缘。因此,公司拟将“社区云”项目业务场景及商业模式进行扩展,以紧跟技术变化、满足市场需求。

截至2018年8月31日,公司已投入募集资金80,011.07万元用于社区云项目边缘节点的建设、运营平台的搭建及技术研发。基于社区云项目投入的资金,将原社区云项目前期投入的68,472.51万元固定资产划入网宿计算能力共享平台项目;另外,在社区云项目已投入的边缘节点、运营平台及技术研发的基础上,并结合边缘计算的发展需求,公司计划将“社区云”项目扩展变更为“面向边缘计算的支撑平台”项目,首期继续投入募集资金20,570.20万元,主要用于研发投入、资源租赁、业务开拓投入等。

另外,公司财务状况良好。2018年上半年,公司实现营业收入305,977.74万元,比去年同期增长25.29%;归属于上市公司股东的净利润44,941.33万元,比去年同期增长8.04%。

表2 网宿科技近二年及2018年上半年主要财务数据一览表

单位:万元

第四章项目投资、成果、效益分析

一、总投资情况

本项目是由原社区云项目延展而来。在社区云项目已投入的边缘节点、运营平台及技术研发的基础上(项目变更后,原社区云项目研发、业务开拓等投入金额为11,538.56万元),结合边缘计算的发展需求,将“社区云”项目变更为“面向边缘计算的支撑平台”项目,首期继续投入募集资金20,570.20万元,用于研发投入、资源租赁、业务开拓投入等。因此,本项目投资总额为32,108.76万元。

二、项目实施周期和进度

本项目是平台类型建设项目,根据业务需求进行建设。项目投资期限为2018年10月至2022年12月,建设期内逐步进行市场培育与优化解决方案,项目建设第2年起边建设边运营,第4年预计全部完成。网宿科技边缘计算平台契合公司主营业务布局以及战略发展方向,可以充分利用公司既有资源,并可以针对需求急迫的行业客户快速推出相关解决方案,具备成本和客户协同等方面的优势。

2018年10月-2019年12月:系统开发和初期市场拓展。主要其中可以细分为系统设计、开发测试、试运行等工作。系统设计完成总体框架设计和确定开发流程。其后需要完成各系统模块的开发工作、压力测试等。其后小范围试运行和初期市场拓展。

2019年12月—2022年12月:正式上线。将根据试运行结果迭代,优化系统功能和技术实现,最终上线,全面实现边缘计算平台。

三、项目成果

面向边缘计算的支撑平台建设包括边缘节点建设以及虚拟化平台、容器化平台、弹性调度、函数计算等平台和技术的研发,在结合现有CDN技术平台和运营经验的基础上,形成全功能、易用的边缘解决方案。

网宿科技边缘计算平台项目,拟在2018年10月~2022年12月之间,搭建700+个边缘计算节点,组成大规模分布式的边缘计算网络。结合虚拟化、容器、中间件等技术,将物理资源进程整合,完成技术平台搭建,对外提供标准的计算、存储、安全等基础设施能力。同时,结合公司多年的CDN行业的技术积累,在边缘计算的基础设施上,构建视频编解码、图片处理、大数据分析等各种行业解决方案。

四、效益分析

经济效益:本项目建设顺应CDN垂直行业发展趋势,能够提升公司及时响应业务需求的能力,快速抢占边缘计算市场,提升公司的竞争优势。随着产品优化和完善,将进一步扩大产品的应用范围,形成更强大、更全面的解决方案,巩固与扩大公司在CDN市场的优势。项目建设完成进入正常运营后,预计实现年营业收入不低于10亿元,年利润总额不低于1.47亿元(经济效益预测不代表公司对未来盈利能力的保证,能否实现取决于市场情况变化、经营团队努力等多种因素的影响,存在一定的不确定性,请投资者注意投资风险),为公司未来业绩增长提供有力保证。

行业推动:物联网时代,万物进行互联,手机、可穿戴设备以及附带传感器的智能设备正在呈爆发式增长。边缘计算项目平台建成后,将积极推动车联网、物联网、4K/VR、人工智能和大数据等特色行业的发展。一方面,项目平台可以有效支撑特色行业用户的商业模式创新,实现从产品向服务的价值延伸;另一方面,项目平台可以支撑产品和服务的定制化与智能化。

人才培育:边缘计算平台将有利于保持公司在CDN领域的先进性技术水平,提升研发人员在视频领域的技术能力。同时本项目将增加公司对人力资源的需求,吸引更多高学历、高职称、高技术能力的“三高”人才入驻公司,有利于为社会培养创新型科技尖端人才。

第五章项目建设风险

一、技术

本项目涉及虚拟化技术、容器化技术、函数计算等关键技术难点,如果在本项目实施过程中公司的科研开发、技术不能及时地突破这些难题,将会对项目建设造成不利影响;公司的核心竞争力是核心技术,如果项目核心技术人员流失,将可能导致以项目核心技术流失或泄密,给项目造成重大影响。公司将继续在研发方面加大人力、物力投入,确保本项目的顺利实施。

二、相关行业发展限制风险

边缘计算市场处于快速发展初期,在物联网(IOT)、AI、大带宽应用等场景中对技术的要求有所差异,各行业发展进度不完全相同,存在部分场景的发展不达标的风险。此外,部分其他企业也对边缘计算市场有所布局,形成竞争风险。网宿科技边缘计算平台的推出,如不能契合行业生态发展,投入使用受限,将影响市场预期,造成资源和资金的浪费。

第六章结论

本项目的实施符合公司的战略布局,能增强公司在市场上的竞争力,进一步巩固公司行业地位,为公司经营业绩增长提供持续动力。公司已对本项目进行了充分调研和准备,从技术层面来看,技术路径具有一定的先进性和相当的可行性;从市场需求来看,存在投入的必要性;风险在可控范围内,具备可行性。

网宿科技股份有限公司董事会

二〇一八年九月二十七日

量子信息与量子计算课程论文

半导体量子点的电子自旋相干和自旋操控 摘要:现在各国科学家都在努力希望实现量子计算机,而量子计算机需要一些重要的量子性质,其一是“量子相干性”。该文介绍了量子相干性,并简略介绍了半导体量子点中的电子的自旋相干性,简要探讨半导体量子点的电子自旋操控的方法 关键词:量子点自旋相干自旋调控 一﹑量子相干性 量子相干性,或者说“态之间的关联性”。其一是爱因斯坦和其合作者在1935年根据假想实验作出的一个预言。这个假想实验时这样的:高能加速器中,由能量生成的一个电子和一个正电子朝着相反的方向飞行,在没有人观测时,两者都处于向右和向左自旋的叠加态而进行观测时,如果观测到电子处于向右自旋的状态,那么正电子就一定处于向左自旋的状态。这是因为,正电子和电子本是通过能量无中生有而来,必须遵守守恒定律。这也就是说,“电子向右自旋”和“正电子向左自旋”的状态是相关联的,称作“量子相干性”。这种相干性只有用量子理论才能说明。 要在量子计算机中实现高效率的并行运算,就要用到量子相干性。彼此有关的量子比特串列,会作为一个整体动作。因此,只要对一个量子比特进行处理,影响就会立即传送到串列中多余的量子比特。这一特点,正是量子计算机能够进行高速运算的关键。 二﹑半导体量子点中的电子的自旋相干性

半导体中的电子电荷相干态已经由超快脉冲激光光谱进行了广 泛的研究。强的激光脉冲在半导体中产生了大量的电子和空穴,它们的动力学过程大致可分成3 个阶段: (1) 无碰撞或相干阶段。在这个阶段内,电子和空穴与光场之间产生了一个相干的耦合振荡,导致 了材料极化强度的振荡,类似于二能级系统的拉比跳跃。 (2) 位相弛豫阶段。在这个阶段内,电子和空穴都失去了它们的位相相干性,类 似于二能级系统的退相弛豫。 (3) 准热平衡阶段。由于电子- 声子相互作用,电子和空穴将能量传递给声子(晶格) ,它们分别弛豫到导 带和价带的顶部,形成准平衡状态。利用不同延迟时间的泵- 探束瞬态吸收光谱可以测量半导体中的退相弛豫时间。图1 是GaAs 三个激发载流子浓度下瞬态差分透射系数ΔT作为延迟时间的函数。 由图1 可见,有两个衰减过程;一个是快过程,另一个是慢过程。前者对应于位相弛豫,后者对应于准热平衡弛豫。实验测得GaAs中 的位相弛豫时间分别为30 ,19 ,13fs ,对应于由小到大三个载流子 浓度。这个位相弛豫时间是较小的,主要是由电子的谷间散射引起的。

量子计算的发展讲解学习

量子计算的发展

量子计算的发展 摘要:量子计算是量子力学的新进展,它是一种和传统的计算方式迥然不同的新型计算.其概念是全新的,它将使计算技术进入一种前所未有的新境界。对于某些问题,量子计算机可以达到常规计算机不能达到的解题速度.量子计算机可以解决常规计算机不能解决的某些问题量子计算由于其强大的并行计算能力和可以有效的模拟量子行为的能力而日益受到人们的关注。本文介绍了量子计算的含义及其基本原理,以及对于未来量子计算的发展前景。 关键词:量子计算;量子计算机;量子位

目录 引言 (4) 1基本概念 (4) 1.1量子计算 (4) 1.2量子计算机 (4) 1.3量子位 (5) 2.量子计算的原理 (6) 2.1量子叠加性 (6) 2.2量子纠缠 (7) 3.量子计算的发展 (7) 3.1中期发展 (7) 3.2发展前景 (8)

量子计算的发展 引言 自MaxPlanck在1900年提出量子假说以来,量子力学给人类生活带来翻天覆地的变化,改变了经典物理学对世界的认知方式。量子计算和量子计算机概念起源于著名物理学家Feynman,是他在1982年研究用经典计算机模拟量子力学系统时提出的。1985年Deutsch提出第一个量子计算模型即图灵机,量子计算才开始具备了数学的基本型式。由此,量子计算迅速吸引了全世界研究者的注意并成为一门具有巨大潜力的新学科。 1. 基本概念 1.1量子计算 量子计算是应用量子力学原理来进行有效计算的新颖计算模式,它利用量子叠加性、纠缠性和量子的相干性实现量子的并行计算。量子计算从本质上改变了传统的计算理念。 1.2.量子计算机

量子计算和量子信息(量子计算部分,Nielsen等着)6

6.1 当x=0时有(2|0><0|-I )|x>=|0> 当x>0时有(2|0><0|-I )|x>=-|x> 所以2|0><0|-I I 即为相移算子 6.2 |φ><φ|=1/N Σ i =0 N?1Σ j =0 N?1|i><φ|-I )Σ k =0N?1 a k |k>=2/N Σi =0 N?1Σ j =0 N?1|i>-Σk =0 N?1a k |k> 而|i>,|j>,|k>都经过标准归一化,所以当|j>=|k>时,有|j>!=|k> 时,有|j>-Σ k =0 N?1a k |k>=Σ k =0 N?1[-a k +]|k> 其中=Σ k =0 N?1a k N 6.3 (此处为验证Grover 迭代能写成以下矩阵形式) |φ>=cos(θ/2)|α>+sin(θ/2)|β>写成向量形式为[cos(θ/2) sin(θ/2)]T 所以G|φ>= cos θ?sin θsin θ cos θ cos(θ/2)sin(θ/2) = cos(3θ/2) sin(3θ/2) =cos(3θ/2)|α>+sin(3θ/2)|β> 所以Grover 迭代能写成G= cos θ ?sin θsin θ cos θ 6.4 按照书上只有一解的过程,对于多解只能测量出所有解的和 6.5 6.6 (⊙为张量积符号 X 为PauliX 门, Z 为PauliZ 门) 框中的门可以表示为 (X ⊙X)(I ⊙H )(|0><0|⊙I+|1><1|⊙X )(I ⊙H)(X ⊙X) =X|0><0|X ⊙XHHX+X|1><1|X ⊙XHXHX(HXH=Z) =|1><1|⊙I +|0><0|⊙(-Z) =(I -|0><0|)⊙I +|0><0|⊙(I-2|0><0|)

边缘计算综述

1.什么是边缘计算? 在IIoT的背景下,“边缘”是指靠近数据源的计算基础设施,例如工业机器(例如风力涡轮机,磁共振(MR)扫描仪,海底防喷器)),工业控制器如SCADA系统和时间序列数据库汇总来自各种设备和传感器的数据。这些设备通常远离云中可用的集中式计算。 边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台。边缘计算与云计算互相协同,共同助力各行各业的数字化转型。它就近提供智能互联服务,满足行业在数字化变革过程中对实时业务、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。 到目前为止,边缘计算的作用主要用于摄取,存储,过滤和发送数据到云系统。然而,我们正处于一个时间点,这些计算系统正在包装更多的计算,存储和分析功能,以消耗并对机器位置的数据采取行动。这种能力对于工业组织来说将是非常有价值的 - 这是不可或缺的。 2.这对工业带来的价值 行业权威人士已经计算出,数以千计的连接事物会从不同的来源产生大量的数据。根据国际电信联盟电信标准分局ITU-T的研究报告,到2020年,每个人每秒将产生的数据,IoT可穿戴设备的出货量将达到亿。IDC也发布了相关预测,到2018年,50%的物联网网络将面临网络带宽的限制,40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存,到2025年,这一数字将超过50%。管理咨询公司麦肯锡公司估计,到2025年,工业物联网(IIoT)将创造价值万亿的市场规模。工业物联网将思想和机器结合在一起,将人们与加速数字产业转型的机器数据相结合。 通过将大数据,高级分析和机器学习应用于运营,工业可以减少计划外停机时间,提高资产性能,降低维护成本,并为从机床数据中获取未开发价值的新业务模式开拓潜力。 过去几年来,工业组织已经开始将云计算融入业务,从大量数据中获取洞察力,帮助实现关键业务成果,包括减少意外停机,提高生产效率,降低能耗等。云计算仍然通过工业物联网来实现新的性能水平发挥关键作用,因为它需要大量的计算能力来有效地管理来自机器的庞大数据量。 但是随着更多的计算,存储和分析能力被捆绑到更靠近数据源的较小设备中,即工业机器 - 边缘计算将有助于边缘处理实现工业物联网的承诺。 虽然这个概念不是新的,但是有几个关键的驱动力使它成为今天更可行的现实:·计算和传感器的成本继续下滑, ·在较小尺寸的设备(如网关或传感器集线器)中执行的更多计算能力, ·来自机器和/或环境的日益增长的数据(例如天气或市场定价), ·现代机器学习与分析。 这些因素有助于公司将大量数据转化为具有洞察力和智慧的行动。 对于工业组织来说,这种技术在以下用例中将变得至关重要: ·低/间歇连接(如远程位置) o将数据传输到云的带宽和相关的高成本 o低延迟,例如机器洞察和启动之间的闭环相互作用(即在机器上采取动作)

雾计算工作组发布雾计算参考架构

雾计算工作组发布雾计算参考架构 OpenFog ConsorTIum发布了其OpenFog参考架构,OpenFog的成员正在雾计算(fog compuTIng)领域工作,雾计算是使用最终用户终端设备或连接最终用户设备的边缘设备,以分布式协作架构进行数据存储(相较于将数据集中存储在云数据中心),或进行分布式网络数据包传输通信(相较于通过互联网骨干路由),或相关分布式控制或管理。 雾计算是由思科(Cisco)在2014年所提出的概念,为云计算的延伸,这个架构可以将计算需求分层次、分区域处理,以化解可能出现的网络堵塞现象。雾计算的应用和物联网(IOT)及智能联网(M2M)有密不可分的关系。在物联网中,我们日常使用中的大多数设备将被彼此连接,例子包括我们的手机,可穿戴式健康监测设备,连网汽车和增强现实的设备,如Google眼镜。 OpenFog参考架构创建雾计算标准,以实现物联网(IoT)、5G和人工智能(AI)应用的数据密集型需求。OpenFog ConsorTIum成立于1年多以前,它是一个独立的非营利性组织,在其董事会指导下运行,其委员会以及相关的工作组由其成员管理。 雾计算与移动边缘计算(Mobile Edge CompuTIng,

MEC)在很多方面有很大的相似性,它将数据中心的功能带到网络边缘。OpenFog Consortium执行董事Lynne Canavan 描述了雾计算和MEC之间的以下主要区别: 雾计算包括了无线和有线 雾计算覆盖边缘网络,但也涵盖了边缘和云之间的访问以及可穿戴设备以及中间层 雾计算处理移动/服务提供商之外的垂直行业 MEC标准主要是面向计算的,OpenFog Consortium的参考架构还包括存储和深度数据包网络 MEC关注RAN或基站收发器(BTS)中的单层节点,而雾计算可以更加深入,且更加安全/隐私。 雾计算包括了云,但边缘计算排除云 Canavan说:“一般而言,雾计算和边缘计算的差别是:雾计算更具有层次性和平坦的架构,其中几个层次形成网络,而边缘计算依赖于不构成网络的单独节点。雾计算在节点之间具有广泛的对等互连能力,边缘计算在孤岛中运行其节点,需要通过云实现对等流量传输。”

无服务与边缘计算架构介绍

无服务与边缘计算架构介绍

Serverless是一个比较新的概念,2017年开始在行业内兴起,边缘计算则是一个更新的技术。那么Serverless在边缘计算中能产生怎样的效果、产品以及形态?今天来为大家分享一下。 什么是Serverless? 首先讲讲Serverless,从下面这张图可清晰地看到,Serverless从架构上可以分成两部分。 一是Backend as a Service,后端即服务,腾讯云上目前已经提供很多这类产品,例如COS对象存储、CMQ消息队列、CDN内容分发、CDB云数据库、API网关,这些产品更多的是承载数据的存储。

二是Function as a Service,函数即服务,也是Serverless比较核心的技术点,腾讯云云函数就属于这种。 从Serverless或者云函数来看,更多是对用户的计算进行托管。用户将代码和配置提交到云函数平台上,此处的代码是指用户的一份代码或者代码包、配置,一个是指本身对于函数运行环境的配置,使用的是哪种环境、所需的内存、超时时间等;另一个是触发器的配置。因为整个函数即服务的运行方式是触发式运行,触发就需要有一个事件来源,而事件来源是和我们其它产品进行关联后而产生。 例如COS对象存储产品,它的关联就在COS的存储桶中,当用户上传一张图片或者删除一张图片时,就会产生一个事件,这个事件会触发云函数的运行;例如和API网关的对接,也可以作为事件来源,在用户的HTTP请求到达网关之后,API网关会把该请求作为事件转发给云函数,触发云函数的运行,云函数拿到请求之后进行处理,生成响应给到用户。 函数计算的特点

边缘计算

1 边缘计算 边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端。而云端计算,仍然可以访问边缘计算的历史数据。 1.1 从分布式数计算开始 对物联网而言,边缘计算技术取得突破,意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端,处理过程将在本地边缘计算层完成。这无疑将大大提升处理效率,减轻云端的负荷。由于更加靠近用户,还可为用户提供更快的响应,将需求在边缘端解决。 1.2 边缘计算vs云计算 无论是云、雾还是边缘计算,本身只是实现物联网、智能制造等所需要计算技术的一种方法或者模式。严格讲,雾计算和边缘计算本身并没有本质的区别,都是在接近于现场应用端提供的计算。就其本质而言,都是相对于云计算而言的。 边缘计算的范式,从二者的计算范式可以看出来,边缘侧的数据计算,一下

子变得丰富起来。这里产生了全新的想象空间。 1.3 物联网应用催生 全球智能手机的快速发展,推动了移动终端和“边缘计算”的发展。而万物互联、万物感知的智能社会,则是跟物联网发展相伴而生,边缘计算系统也因此应声而出。 事实上,物联网的概念已经提出有超过15年的历史,然而,物联网却并未成为一个火热的应用。一个概念到真正的应用有一个较长的过程,与之匹配的技术、产品设备的成本、接受程度、试错过程都是漫长的,因此往往不能很快形成大量使用的市场。 边缘计算在整个计算中的位置:根据Gartner的技术成熟曲线理论来说,在2015年IoT从概念上而言,已经到达顶峰位置。因此,物联网的大规模应用也开始加速。因此未来5-10年内IoT会进入一个应用爆发期,边缘计算也随之被预期将得到更多的应用。

中国移动边缘计算技术白皮书

中国移动边缘计算技术白皮书

目录 1.中国移动边缘计算的发展背景 __________________________________________________ 1 1.1.需求与场景 ____________________________________________________________________ 1 1. 2.边缘计算与5G的相互促进 _______________________________________________________ 2 1.3.边缘电信云的发展 ______________________________________________________________ 2 2.中国移动对边缘计算的思考 ____________________________________________________ 3 2.1.边缘计算的部署位置 ____________________________________________________________ 3 2.2.面向全连接的算力平面 __________________________________________________________ 3 2. 3.边缘计算技术体系视图 __________________________________________________________ 4 2.4.安全是边缘计算的关键要素 ______________________________________________________ 4 3.边缘计算PaaS技术 ___________________________________________________________ 6 3.1.PaaS平台总体设计思路__________________________________________________________ 6 3.2.边缘计算能力开放 ______________________________________________________________ 7 3.3.边缘计算应用/能力引入_________________________________________________________ 9 4.边缘计算IaaS技术__________________________________________________________ 10 4.1.边缘计算IaaS的设计理念_______________________________________________________ 10 4.2.边缘计算IaaS的多种形态_______________________________________________________ 11 4.3.边缘计算IaaS关键技术_________________________________________________________ 13 5.边缘计算硬件体系 ___________________________________________________________ 16 5.1.面向边缘的服务器深度定制方案——OTII服务器___________________________________ 16 5.2.边缘一体化设备 _______________________________________________________________ 17 5.3.边缘计算网关 _________________________________________________________________ 18 6.构建产业生态 _______________________________________________________________ 20 6.1.中国移动边缘计算开放实验室的成立 _____________________________________________ 20 6.2.实验室产品体系 _______________________________________________________________ 20 6.3.实验室资源与能力 _____________________________________________________________ 20 6.4.应用与试验床 _________________________________________________________________ 20 7.倡议和愿景 _________________________________________________________________ 22

5G边缘计算技术详解与应用分析

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/e85500393.html, 5G边缘计算技术详解与应用分析 作者:马晓凯 来源:《中国新技术新产品》2019年第16期 摘; 要:4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合,而在5G时代,移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合,这将减少移动业务交付的端到端时延,发掘无线网络的内在能力,从而提升用户体验,给电信运营商的运作模式带来全新变革,并建立新型的产业链及网络生态圈。该文首先分析了移动边缘计算产生的原因以及5G网络与移动边缘计算的关系,然后从用户维度分析了移动边缘计算的四大应用场景,最后说明移动边缘计算的社会价值。 关键词:5G技术;边缘计算;云计算 中图分类号:TN929; ; ; ; ; ; 文献标志码:A 1 5G边缘计算技术分析 4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合,而在5G时代,移动边缘计算技术将会推动云计算平台同移动网络的融合,并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。 1.1 移动边缘计算的提出 5G是4G网络的强大升级版本,4G LTE服务仅提供75 Mbps的传输速率,而5G网络已成功实现28 GHz频段的1 024 Mbps吞吐量。同时,在5G时代,连接设备的数量将急剧增加,网络边缘将产生大量的数据。如果这些数据全部由主管理平台处理,则数据的敏感性、安全性和机密性以及数据处理的时效性将会受到影响。然而,通过引入先进技术进行计算处理,根据接近原理处理这样的一组数据,并且大量后台设备同时工作以实现有效的协同处理,可以解决大流量和集中处理的难题。移动边缘计算正是这样一种技术,可以解决5G网络的延迟、拥塞和容量等问题。 1.2 移动边缘计算是5G的核心技术之一 根据国际电信联盟(ITU)5G的要求,5G标准包括增强型移动宽带(eMBB)、海量机 器类通信(mMTC)、超可靠低延迟通信(URLLC)的3种应用场景,主要指标包括提供峰 值10 Gbps以上的速率、毫秒级时延和超高密度连接,移动性达500 km/h、时延低至1 ms,用户体验数据率达到100 Mbps、实现网络性能新的跃升。

边缘计算参考架构白皮书

边缘计算参考架构白皮书

目录 01迎接行业智能时代 (01) 1.1行业智能时代已来 (02) 1.2行业智能2.0 面临的挑战 (03) 1.3边缘计算使能行业智能2.0 (04) 1.4边缘计算产业化当前进展 (06) 02边缘计算 (08) 2.1边缘计算概念 (09) 2.2基本特点和属性 (09) 2.3边缘计算CROSS价值 (09) 2.4边缘计算与云计算协同 (10) 03 边缘计算参考架构 (11) 3.1模型驱动的参考架构 (12) 3.2多视图呈现 (13) 3.3概念视图 (14) 3.3.1边缘计算节点、开发框架与产品实现 (14) 3.3.2边缘计算领域模型 (16) 3.4功能设计视图 (17) 3.4.1ECN (17) 3.4.2业务Fabric (22)

3.4.3联接计算Fabric (22) 3.4.4开发服务框架(智能服务) (24) 3.4.5部署运营服务框架(智能服务) (25) 3.4.6管理服务 (27) 3.4.7数据全生命周期服务 (27) 3.4.8安全服务 (29) 3.5部署视图 (31) 04 ECC产业发展与商业实践 (33) 4.1ECC产业发展总体概况 (34) 4.1.1ECC产业组织合作 (34) 4.1.2ECC标准组织合作 (34) 4.2边缘计算的商业实践 (35) 4.2.1从理论到实践 (35) 4.2.2从水平到垂直 (35) 4.2.3从需求到实践,从实践到需求 (39) 05 附录 (41) 术语表 (42) 缩略语表 (43)

01 迎接行业智能时代 边缘计算参考架构2.0 1

移动边缘计算的系统架构和关键技术分析

无线互联科技 Wireless Internet Technology No.13 July,2019 第13期 2019年7月 移动边缘计算的系统架构和关键技术分析 董春利",王莉1 (1.南京交通职业技术学院电子信息工程学院,江苏南京211188;2.上海剑曦信息科技有限公司,上海200051) 摘要:随着移动互联网和物联网应用的快速发展,传统的集中式云计算遇到了严峻的挑战,例如高延迟、低频谱效率和非自适应机器类型的通信。为了解决这些挑战,新技术正在推动将集中式云计算功能转移到网络边缘设备。移动边缘计算被认为是物联网和任务关键型、垂直解决方案的关键推动因素,被公认为是一种关键的架构概念和技术之一。文章讨论分析了移动边缘计算的系统架构和关键技术。 关键词:移动边缘计算;虚拟机;计算卸载;VM迁移 移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)被欧洲电信标准化协会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)定义为一种新技术,在移动网络边缘、无线接入网络内以及移动用户附近,提供IT服务环境和云计算能力ETSI发布了一份关于移动边缘计算的白皮书,移动边缘计算被认为是一种重要的新兴技术,成为下一代网络的重要组成部分。由于具有低延迟、近距离和高带宽等先进特性,以及实时洞察无线网络信息和位置感知功能,移动边缘计算为多个行业(如消费者、企业)提供了大量新的应用和服务。特别地,MEC被认为是智能城市中处理视频流服务有前景的解决方案。 来自监视设备的视频流在MEC服务器上进行本地处理和分析,从视频流中提取有意义的数据。可以将有价值的数据传输到应用服务器,以减少核心网络流量。增强现实(Augmented Reality,AR)移动应用在上行链路中的数据收集、边缘计算和下行链路中的数据传递方面,具有固有的协作属性。增强现实数据需要低延迟和髙速率的数据处理,以便根据用户的位置提供正确的信息。数据处理可以在本地MEC服务器上执行,而不是在集中式服务器上执行,以提供良好的用户体验。物联网在电信网络上生成额外的消息,要求网关聚合消息并确保低延迟和安全性。引入利用MEC收集,分类和分析物联网数据流的新架构,MEC服务器负责管理各种协议、消息分发和分析处理。MEC环境创造了一个新的价值链和充满活力的生态系统,从而为移动运营商、应用和内容提供商创造了新的机会。 1MEC的系统架构 ETSI描述的MEC参考架构使MEC应用程序能够实现为在MEC主机上运行的纯软件实体⑵。移动边缘平台提供运行MEC应用程序所需的基本环境和功能。MEC应用程序在虚拟化基础架构之上作为虚拟机(Virtual Machine,VM)运行,并且可以与移动边缘平台交互以执行与应用程序的生命周期相关的某些支持过程。此外,虚拟化基础设施包括一个执行由移动边缘平台接收的流量规则的数据平面,并路由在应用本地网络和外部网络之间的流量。MEC主机级管理包括移动边缘平台管理器和虚拟化基础架构管理器。前者管理应用程序的生命周期以及应用程序规则和要求,包括服务授权、流量规则、域名系统(Domain Name System, DNS)配置和解决冲突。后者负责分配、管理和发布虚拟化基础架构的可视化(计算、存储和网络)资源。 操作支持系统通过生命周期管理代理商或运营商的第三方客户,通过面向客户的服务门户接收用户应用程序的请求,操作支持系统决定是否授予请求。授权请求将转发给MEC协调器进行下一步处理。MEC协调器是核心功能,因为它根据部署的MEC主机、可用资源、可用MEC服务和拓扑,维护一个整体视图。出于性能、成本、可扩展性、运营商首选部署的原因,MEC支持不同的部署方案叫例如在蜂窝宏基站演进型Node B站点(Evolved Node B,eNodeB)、在3G无线网络控制器(Radio Network Controller,RNC)站点、在多个无线电接入技术小区聚合站点,和聚合点(其也可以位于核心网络的边缘,例如在分布式数据中心中),探讨了一个网络规划问题,该讨论决定了在可用站点中安装MEC 服务器的最佳位置,以便在安装成本和服务质量(Quality of Service,QoS)之间进行权衡。 2MEC的关键技术 MEC的关键技术包括计算卸载和移动性管理。 计算卸载是一个将资源密集型计算从移动设备迁移到资源丰富的附近基础设施的过程画。虽然移动设备受到计算能力、电池寿命和散热的限制,但是通过将能量消耗的应用程序计算卸载到MEC服务器,MEC可以在用户设备(User Equipment,UE)上运行新的复杂应用程序。计算卸载的一个重要部分是决定是否卸载、是否适用全部或部分卸载、卸载什么以及如何卸载。卸载决策取决于根据3个标准分类的应用程序模型。第1个标准是应用程序是否包含不能卸载的用户等不可卸载部分(例如用户输入、摄像或需要在UEs处 基金项目:南京交通职业技术学院高层次人才科研基金项目;项目编号:440105001o 作者简介:董春利(1964—),男,山东青岛人,教授,博士;研究方向:认知无线电网络,下一代无线泛在网络。 -131_

边缘计算参考架构

边缘计算参考架构2.0 边缘计算产业联盟 工业互联网产业联盟 联合发布 2017年11月

目录 目录2 一、迎接行业智能时代3 (一)行业智能时代已来3 (二)行业智能2.0面临的挑战4 (三)边缘计算使能行业智能2.05 (四)边缘计算产业化当前进展6 二、边缘计算6 (一)边缘计算概念7 (二)基本特点和属性7 (三)边缘计算CROSS价值7 (四)边缘计算与云计算协同8 三、边缘计算参考架构8 (一)模型驱动的参考架构8 (二)多视图呈现9 (三)概念视图10 1、边缘计算节点、开发框架与产品实现10 2、边缘计算领域模型11 (四)功能设计视图12 1、ECN12 2、业务Fabric16 3、联接计算Fabric16 4、开发服务框架(智能服务)18 5、部署运营服务框架(智能服务)19 6、管理服务20 7、数据全生命周期服务20 8、安全服务21 (五)部署视图23 四、ECC产业发展与商业实践24 (一)ECC产业发展总体概况24 1、ECC产业组织合作24 2、ECC标准组织合作24 (二)边缘计算的商业实践25 1、从理论到实践25 2、从水平到垂直25 3、从需求到实践,从实践到需求29

一、迎接行业智能时代 (一)行业智能时代已来 全球已经掀起行业数字化转型的浪潮,数字化是基础,网络化是支撑,智能化是目标。通过对人、物、环境、过程等对象进行数字化产生数据,通过网络化实现数据的价值流动,以数据为生产要素,通过智能化为各行业创造经济和社会价值。智能化是以数据的智能分析为基础,从而实现智能决策和智能操作,并通过闭环实现业务流程的持续智能优化。 以大数据、机器学习、深度学习为代表的智能技术已经在语音识别、图像识别、用户画像等方面得到应用,在算法、模型、架构等方面取得了较大的进展。智能技术已经率先在制造、电力、交通、医疗、农业等行业开始应用,对智能技术提出了新的需求与挑战。行业智能时代已经来临。 行业智能分为1.0和2.0两个发展阶段: 1)行业智能1.0 行业智能1.0是面向市场线索、营销、采购、物流、售后等商业过程,将用户、应用和商业流程的行为和状态数字化,基于多维度数据分析和场景感知,建立行业的信息图谱,为行业用户提供个性化的资源配置和服务。 行业智能1.0的快速发展得到了ICT创新技术的支撑,包括: ●泛在网络联接使能数据的快速流动; ●云计算按需提供低成本的基础设施服务应对业务负载变化; ●大数据挖掘、分析和管理海量数据,提升企业的商业决策能力; ●算法+数据+算力,释放了行业智能的潜在价值。 2)行业智能2.0 面向产品规划、设计、制造、运营等生产过程,产品、生产装备、工艺流程等已经逐步数字化和网络化,行业智能2.0已经具备了基础条件。这里所指的产品、装备具有广义的概念,既包括制造业所生产的产品和制造产线等,也包括能源、交通、农业、公共事业等行业提供服务时所依赖的资产,如电表、交通工具、农业机械、环境监测仪器等。 行业智能2.0需要达成如下目标: ●提升生产与服务过程敏捷性和协作性 ●提升资源共享和减少能耗 ●降低生产运行和运营不确定性 ●与行业智能1.0协作,建立生产、销售和服务的端到端行业智能。 行业智能2.0时代需要行业发生四个关键转变:

量子纠缠态的制备

量子纠缠态的制备 摘要:量子纠缠是量子信息中最重要、也最为神奇的一个课题.量子纠缠是一种有用的信息“资源”,在量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥分配以及在量子计算的加速、量子纠错、防错等方面都起着关键作用.在量子信息中,信息的处理离不开量子态及其演化.而量子纠缠态毫无疑问是各种量子态中最为重要的一种.它可用于检验量子力学的基本原理,而且也是实现量子通信的重要信道.所以,纠缠态的制备和操作就显得尤为重要,文章简要介绍量子纠缠态的定义、量子纠缠态的度量及分类、量子纠缠态的制备,并介绍纠缠态的一些应用. 关键字:量子纠缠;腔QED;离子阱;生成纠缠;蒸馏纠缠

Quantum Pestering Condition Preparation Abs trac t: T he q uantum entanglement is o ne o f the most impo rtant subject, and also the supernatural part of q uantum informatio n sc ienc e. As an important quantum resource, the entangled states are p laying the key ro le in many sorts of quantum informatio n process, for examp le, quantum t e le p o r t a t io n,q u a n t u m d e n s e c o d in g,a n d q u a n t u m k e y d is t- rib utio n as we ll as q uantum co mp utatio n acc elerat io n, the q uantum correct-erro r, guard-error and so on. In q uantum informatio n sc ience, informatio n process ing cannot leave the quantum state and it’s the ev- olution. But quantum entanglement cond itio n is witho ut a doubt in each kind o f q uantum s tate the mos t imp o rtant o ne kind. It may us e in examining the q uantum mec hanics the b as ic p rinc ip le, mo reo ver also realizes the quantum correspondence important channel. T herefore, the pes tering co nd itio n p rep aratio n and the op eratio n app ears esp ec ia lly impo rtantly, artic le brief int roductio n quantum entanglement cond ition definit io n, q uantum entanglement co nd it io n meas ure and c lass ified, q u a n t u m e n t a n g le me n t c o nd it io n p r ep a r a t io n, a nd in t r o d u c t io n e n t a n g l e m e n t c o n d i t i o n s o m e a p p l i c a t i o n s. Key word: Quantum entanglement; Cavity QED; Ion trap;Formation of entanglement;Disillation of entanglement

量子信息与量子计算

关于量子信息与量子计算 量子计算是一种依照量子力学理论进行的新型计算,量子计算的基础原理以及重要量子算法为在计算速度上超越图灵机模型提供了可能。 量子计算(quantum computation) 的概念最早由IBM的科学家R. Landauer及C. Bennett于70年代提出,对于普通计算机运行时芯片会发热,极大地影响了芯片的集成度,科学家们想找到能有更高运算速度的计算机。 到了1994年,贝尔实验室的应用数学家P. Shor指出,相对于传统电子计算器,利用量子计算可以在更短的时间内将一个很大的整数分解成质因子的乘积。这个结论开启量子计算的一个新阶段:有别于传统计算法则的量子算法确实有其实用性,绝非科学家口袋中的戏法。自此之后,新的量子算法陆续的被提出来,而物理学家接下来所面临的重要的课题之一,就是如何去建造一部真正的量子计算器,来执行这些量子算法。许多量子系统都曾被点名作为量子计算器的基础架构,例如光子的偏振(photon polarization)、空腔量子电动力学、离子阱以及核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)等等。以目前的技术来看,这其中以离子阱与核磁共振最具可行性。事实上,核磁共振已经在这场竞赛中先驰得点:以I. Chuang为首的IBM研究团队在2002年的春天,成功地在一个人工合成的分子中(内含7个量子位)利用NMR完成N =15的因子分解。 到底是什么导致量子如此高的计算能力呢?答案是量子的重叠与牵连原理的巨大作用。普通计算机中的2位寄存器在某一时间仅能存储4个二进制数(00、01、10、11)中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储这四个数。量子位是量子计算的理论基石。在常规计算机中,信息单元用二进制的 1 个位来表示, 它不是处于“ 0” 态就是处于“ 1” 态. 在二进制量子计算机中, 信息单元称为量子位,它除了处于“ 0” 态或“ 1” 态外,还可处于叠加态(super posed state) . 叠加态是“ 0” 态和“ 1” 态的任意线性叠加,它既可以是“ 0” 态又可以是“ 1” 态, “ 0” 态和“ 1” 态各以一定的概率同时存在. 通过测量或与其它物体发生相互作用而呈现出“ 0” 态或“ 1” 态.任何两态的量子系统都可用来实现量子位, 例如氢原子中的电子的基态( ground state)和第 1 激发态( first excited state)、质子自旋在任意方向的+ 1/ 2 分量和- 1/ 2 分量、圆偏振光的左旋和右旋等。 一个量子系统包含若干粒子,这些粒子按照量子力学的规律运动,称此系统处于态空间的某种量子态.态空间由多个本征态( eigenstate ) ( 即基本的量子态)构成基本态空间可用Hilbert 空间( 线性复向量空间)来表述,即Hilbert 空间可以表述量子系统的各种可能的量子态.为了便于表示和运算, Dirac提出用符号x〉来表示量子态, x〉是一个列向量,称为ket ;它的共轭转置( conjugate transpose) 用〈x 表示,〈x 是一个行向量, 称为bra.一个量子位的叠加态可用二维Hilbert 空间( 即二维复向量空间)的单位向量〉来描述 无论是量子并行计算还是量子模拟计算,本质上都是利用了量子相干性。遗憾的是,在实际系统中量子相干性很难保持。在量子计算机中,量子比特不是一个孤立的系统,它会与外部环境发生相互作用,导致量子相干性的衰减,即消相干。因此,要使量子计算成为现实,一个核心问题就是克服消相

量子纠缠

贝尔不等式的谬误与祸害 先来编造一个幽默故事作为文章的引言。有一对米你双胞患了重病,一位郎中A搞到大师B的一个“经典药方”。不过有两个条件,(1)患者客观实在,(2)双胞一方的诊治不影响对方,也不受对方处境安排的影响。前者称为实在性条件,后者称为定域性条件,这两个条件合理到可称十足废话。不料治疗无效,大师B的经典药方不容丝毫怀疑,因此郎中A断言这对双胞必定缺少定域的实在性。可以想到,这对双胞只要缺实在性或缺定域性二者之一就治疗无效,即如果他们不缺实在性,必缺定域性,反之,如果不缺定域性,那就必缺实在性。到底缺哪个,或二者皆缺,还是无法断定的。后来,另有一位郎中G搞到大师L的一个不那么经典的药方,条件(1)同前,条件(2)有所放松,把“也不受对方处境安排的影响”改为“但会受对方处境安排的影响”。结果还是治疗无效,大师L的药方更不容怀疑,他还是诺奖得主呐,于是郎中G说,否定他们的定域性还不够,还要否定他们的实在性。我们注意到,从逻辑上讲,这些郎中从治疗结果都未能否定定域性和非实在性的联合。但是,郎中A还是“倾向于”承认非定域性和非实在性的联合,叫喊这种治疗无效敲响了爱因斯坦的定域实在论思想的丧钟,宣称实验已经证实大自然存在非定域性(鬼魅隔空作用),预期这个深刻科学发现将带来一场新的技术革命。“巫婆神汉”大喜,不仅鼓励营业,还被寄予获诺奖的厚望。诺奖得主约瑟夫森说:“这些发展可以导致对像传心术等过程的解释。” 言归正传。文章标题所指的贝尔不等式起因于玻姆理论和EPR论证,约翰·贝尔说:“当考虑多于一个粒子时,研究导波理论[玻姆的量子势理论]立即导致远距离作用问题或‘非定域性’和爱因斯坦-波多尔斯基-罗森关联。”EPR论证关系到量子纠缠的解释和量子力学的完备性问题。爱因斯坦的朋友卡尔·波普尔说:“爱因斯坦,波多尔斯基和罗森(EPR)的著名论文,以我之见(为爱因斯坦1950年所确认),是设计证实一个粒子可以同时具有位臵和动量,作为反对哥本哈根诠释。”三位作者相信物理实体客观存在和量子力学描述的不完备性,他们认为:“虽然因此我们已经证明波函数不提供物理实在的完备描述,这样的描述是否存在是尚待回答的问题。然而我们相信这样的理论是可能的。”爱因斯坦在写给马克斯·玻恩的信中说:“我不能虔诚地相信[这量子理论],因为它不能与这个思想调和,即物理应当表示时空中的实在,无鬼魅远距作用。”1964年贝尔试图引进潜变量对量子力学恢复定域因果性,他假设点粒子具有实在性和定域性,沿用经典统计方法,提出一个不等式,从而“证明”任何潜变量理论与量子力学不相容,即后人所称的贝尔定理。他说:“‘定域因果性’的显然定义在量子力学中行不通,而且这不能归于那个理论的不完备性”。后来有四位物理学家提出贝尔不等式的一个变种,称为CHSH不等式,适合于用光学实验检验。他们考虑一对偏振纠缠光子,光子各经一个偏振器达到一个探测器,用一个符合计数器记录这些探测器输出信号的符合情况。设两个偏振器的方向设臵各为A和B,实验可测量偏振关联函数E(A,B)。偏振器方向的设臵可以改变,可有(A,B)、(A,B')、(A',B)和A',B')四种情形,他们推导出的不等式为:|E(A,B)-E(A,B')+E(A',B)+E(A',B')|的值小于等于2。若取A与B'的夹角为67.5度,其余三种情形的夹角均为22.5度,由量子力学预言的值为2乘根号2(近似2.828),这个值违反CHSH不等式(小于等于2)。阿莱恩·阿斯佩克特等实验检验发现结果基本上符合量子力学预言,因此他们认定爱因斯坦的定域实在论思想是错误的。亨利·斯塔普称贝尔在量子理论上的工作是“最深刻的科学发现”。尼古拉·盖辛说:“我敢断定,几十年后,在高中里将教授贝尔不等式,因为它们的数学简单性,它们作为科学方法例子的力量和它们对我们世界观的巨大影响。”他感叹:“我们真幸运生活在物理学发现和探究大自然非定域特性的时代。”值得注意的是,2007年4月阿斯佩克特在Nature上的一篇文章中说:“我们可以选择放弃[定域性和实在性]二个观

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