[發明專利]一種基于量子糾纏的時鐘同步方法

在審

• 申請號: 202110583203.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113346971A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 史建新
• 申請（專利權）人: 南京工業職業技術大學
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04B10/70
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 魏忠暉

本發明提供了一種基于量子糾纏的時鐘同步方法，包括：采用時間鎖相環RTC使得節點A和節點B處于頻率同步狀態；節點A在自己的時鐘標準下于時刻制備n?qubit的GHZ量子糾纏態，并將所述量子糾纏態發送給節點B；節點B在當前自己的時鐘標準下于時刻接受到所述量子糾纏態，獲取當前自己的時鐘標準的密度矩陣，并進一步判定接收到所述量子糾纏態的第一個量子比特處于標準態下的概率P^±；根據概率P^±計算節點A與節點B之間的時鐘差Δ；節點B根據時鐘差Δ校準自己的時鐘標準，實現與節點A的時間對齊，完成時間同步；本發明避免了傳統方法雙向延時不對稱導致的同步誤差。

技術領域

本發明涉及時鐘同步領域，尤其涉及一種基于量子糾纏的時鐘同步方法。

背景技術

目前行業內一般的時間同步實現思路是：擁有標準時間信息的一方將自己時鐘的時刻發送給待同步的節點，待同步的節點根據收到的時間信息計算自身時鐘和標準時間之間的時間差Δ，并對自己的時鐘進行校準。但是信息的傳遞需要傳輸時間，校準時間時需要考慮傳輸時延。大部分經典時間同步協議利用雙向傳輸或者環回傳輸的方式獲得環回時延RTD，并且假設雙向時延是對稱的，得到D＝RTD/2。但是在現網應用中很難保證雙向的傳輸時延嚴格相等。如果雙向時延相差δ，則會引起時延差計算偏差±δ/2。并且目前常用的NTP、PTP等基于MAC或者IP報文的協議框架很難與未來的量子信息網絡相融合，其時間戳位置位于數據鏈路層甚至更高的協議層，其同步精度也收到報文緩存、協議處理等因素的影響。另外基于經典物理方案的時間同步協議的精度受限于標準量子極限(SQL)，即同步精度正比于1/n N，其中n為每次執行協議包含的光子數，N為測量次數，精度難以進一步提升。

發明內容

有鑒于此，針對以上技術問題，本發明提供了一種基于量子糾纏的時鐘同步方法。該方法是一種單向的時間同步協議，通過量子比特的單向傳輸配合經典信道發布時間，實現高精度的時鐘同步。

本發明提供的一種基于量子糾纏的時鐘同步方法，具體包括以下：

S101：采用時間鎖相環RTC使得節點A和節點B處于頻率同步狀態；

S102：節點A在自己的時鐘標準下于時刻制備n-qubit的GHZ量子糾纏態，并將所述量子糾纏態發送給節點B；

S103：節點B在當前自己的時鐘標準下于時刻接受到所述量子糾纏態，獲取當前自己的時鐘標準的密度矩陣，并進一步判定接收到所述量子糾纏態的第一個量子比特處于標準態下的概率P^±；

S104：根據概率P^±計算節點A與節點B之間的時鐘差Δ；

S105：節點B根據時鐘差Δ校準自己的時鐘標準，實現與節點A的時間對齊，完成時間同步。

進一步地，所述節點A為擁有時間標準信息的一方，所述節點B為待時鐘同步的一方。

進一步地，步驟S102中，所述量子糾纏態具體如式(1)所示：

其中Ψ表示量子糾纏態，|000...0|和|111...1|均為量子比特流；

量子糾纏態對應的密度矩陣如式(2)：

進一步地，步驟S103中節點B接受到所述量子糾纏態后，其對應的密度矩陣如式(3)：

其中D為量子糾纏態傳輸過程中的自由演化時間；ω為量子糾纏態自由演化過程中兩個量子態能級間的躍遷頻率；n表示量子態能級的總數。

進一步地，步驟S103中，獲取密度矩陣后，節點B進一步用測量基對量子糾纏態的第一個量子比特進行測量，得到量子比特處于標準態下的概率P^±，如式(4)：