[发明专利]基于频率纠缠光源的双向量子时间同步方法

说明书

本发明提供了一种基于频率纠缠光源的双向量子时间同步方法，将波长相同的两个纠缠源分别置于A、B两地，两个纠缠源产生的信号光分别经过一个光纤环形器后通过同一条光纤对向传输，由位于相对地点的探测器进行探测；两个纠缠源产生的闲置光由位于纠缠源统一地点的探测器进行探测；位于A、B两地的时钟a和b分别记录位于A地的纠缠源发出的光子到达两地探测器的时间{t_1j}和{t_2j}，以及位于B地的纠缠源发出的光子到达两地探测器的时间{t_3j}和{t_4j}，j代表第j个光子；对{t_1j}、{t_2j}做互相关运算得到t₂‑t₁；对{t_3j}、{t_4j}做互相关运算得到t₄‑t₃；计算得到时钟a和b的钟差t₀＝((t₂‑t₁)‑(t₄‑t₃))/2。本发明测量精度高，所用装置结构简单。

技术领域

本发明属于时间频率技术领域，具体涉及到一种双向量子时间同步方法。

背景技术

量子时间同步技术是本世纪初被提出来的一种新的时间同步技术。该技术利用具有频率纠缠和光子数压缩特性的量子光脉冲及量子符合探测技术可以使现有时间同步精度突破散粒噪声极限，可以把时间同步精度提高到亚皮秒甚至飞秒量级。除了大幅度提高精度外，量子时间同步技术的另一优点是可以把量子时间同步协议与量子保密通讯相结合，实现具备保密功能的量子时间同步协议。此外，基于通道间的量子脉冲频率纠缠特性还可以消除传播路径中色散效应对时钟同步精度的影响。因此，量子时间同步技术是大幅提高同步精度的新一代时间同步技术。

目前，国际上关于量子时间同步的研究工作还处在技术探索的早期研究阶段。2001年美国麻省理工学院Giovannetti等人提出了在光纤链路中利用纠缠消除色散效应的传送带协议。2003年美国陆军研究实验室的Bahder和Golding提出了基于纠缠光子二阶相干干涉测量的时钟同步协议。上述两种方法存在的主要问题是装置复杂，不适合于实用化应用。

2004年美国马里兰大学史砚华等人提出了单向量子时间同步协议并进行了原理演示实验。该方法存在的主要问题是无法克服光纤链路引起的时间波动，影响测量准确性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于频率纠缠光源的双向量子时间同步方法，测量精度高，所用装置结构简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：将波长相同的两个纠缠源分别置于需要进行时间同步的相对两地A和B，A、B两地由长度为l的光纤相连；两个纠缠源产生的信号光分别经过一个光纤环形器后通过同一条光纤对向传输，由位于相对地点的探测器进行探测；两个纠缠源产生的闲置光由位于纠缠源统一地点的探测器进行探测；位于A、B两地的时钟a和b分别记录位于A地的纠缠源发出的光子到达两地探测器的时间{t_1j}和{t_2j}，以及位于B地的纠缠源发出的光子到达两地探测器的时间{t_3j}和{t_4j}，j代表第j个光子；对{t_1j}、{t_2j}做互相关运算得到t₂-t₁；对{t_3j}、{t_4j}做互相关运算得到t₄-t₃；计算得到时钟a和b的钟差t₀＝((t₂-t₁)-(t₄-t₃))/2。

所述的纠缠源采用780nm激光泵浦PPKTP晶体自发参量下转换产生频率纠缠源。