[实用新型]基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统

说明书

本实用新型提供了一种基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统，包括第一同步方、第二同步方和发射方；所述第一同步方和第二同步方通过经典信道连接；所述发射方和第一同步方通过量子信道连接，发射方和第二同步方通过量子信道和经典信道连接；所述发射方实现三光子偏振纠缠GHZ态的制备，并对其中一个光子偏振态进行测量。所述第一同步方与第二同步方执行对另外两个光子偏振态的测量，且第二同步方与发射方对比测量结果，以获取第一同步方、第二同步方之间的测量先后信息。在该系统中，光信号的传输为单向传输，对信号各个方向的传输速度没有要求，所受限制更少，在传输过程中受到的光纤不稳定因素影响更小。

技术领域

本实用新型涉及量子信息以及光通信技术领域，具体是一种基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统。

背景技术

高精度的时钟同步在基础科研、信息安全、通信、导航和国土安全等诸多应用中发挥着重要作用。而随着现代原子钟技术的不断发展，时钟的准确度已经达到了10^-18s。相比之下，时钟同步技术的精度则只有10^-9s，远未达到时钟本身的准确度。在精密时间的应用中，时钟同步技术的分辨率和精确度成为了主要限制因素。因此，提高时钟同步技术的精度的研究越来越受到研究者们的关注。

空间分离时钟的时间同步有两种经典方法：Eddington慢时钟传输法和爱因斯坦光信号交换同步法。在Eddington慢时钟传输中，两个同位时钟最初是同步的，然后这些时钟中的一个被缓慢地传送到另一个位置以同步另一个时钟。对于当今大多数的技术应用来说，这种方法并不实用。首先，它需要对硬件进行传输，成本和效率难以满足实际应用要求。其次，技术要求相互冲突：一方面，时钟传输过程必须尽可能慢，以减少因相对论效应引起的时间膨胀的影响；但另一方面，因为不可避免的时间误差以及有限的频率稳定性，又必须尽快的完成传输过程以避免产生重大的时间误差。这些因素都使得Eddington慢时钟传输法的同步精度和和效率难以提高，限制了其在实际中的应用。

现阶段广泛应用的时间同步技术主要基于爱因斯坦协议，这是一个双向协议，在两个空间分离的时钟之间要进行经典光信号的往返交换。但是爱因斯坦协议必须满足两个条件：(1)单程光速的精确值已知；(2)确保在每个方向上的信号传输速度是相同的。除此之外，对于爱因斯坦时钟同步协议来说，时间同步可能达到的精度由测量脉冲到达时间的准确度Δt决定。因此，经典方法的同步精度受限于Δt的经典极限——散粒噪声极限。

为了使时钟同步不受经典方式条件限制，同时使精度突破散粒噪声极限，近年来，提出了几种基于量子力学原理的时钟同步方案。理论上，量子力学方法能提供比经典方法更高的时钟同步精度。

2001年Chuang提出了一种量子时钟同步算法(QCS)，在仅交换n个量子位的情况下，得到了钟差ΔT的n位精度数。与经典算法相比，该量子算法获得了指数级的改进，但该算法依赖于量子计算，在量子计算成熟之前很难这些协议很难在实际的环境中实用化。

2004年Bahder和Golding等提出了基于二阶量子干涉效应的量子同步方案。该方案使用纠缠光作光信号，使用HOM干涉仪测量光信号间的相对偏移，有着较高的同步精度。但该方案中光信号同样为双向传输，必须确保在每个方向上的信号传输速度相同，一定程度上限制了其实用性。

在现有技术中，如专利201611081905.1试图利用光纤时间同步方法在接收端得到的时间信号具有准确度高的优点，准确地实现时间同步，但难以突破散粒噪声极限。

而在现有技术中，如专利201810436641.X试图利用频率纠缠光源作为时间信号的载体，从而突破散粒噪声极限，但却采用了双向传输，不可避免地对光信号沿光纤不同方向的传播速度有很高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种单向传输、高精度且精度可调的基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统。