[发明专利]一种基于量子纠缠的时钟同步系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于量子纠缠的时钟同步系统与方法，包括纠缠源单元，传输单元，时钟同步单元Alice，时钟同步单元Bob和测量单元，本发明采用单一偏振态的纠缠光子作为同步信号载体，利用法拉第镜及双向路径实现光纤中偏振抖动的自动补偿，由790nm激光泵浦II型相位匹配晶体形成频率近似的纠缠光子对，通过电可控光延迟线精密控制两条光路的延时，得到待时钟同步双方之间的HOM凹陷最大值，从而得到以中间单元为基准的准确时间差，再通过纠缠光子的直接测量实现双方的时钟同步。

技术领域

本发明涉及量子信息与光通信技术领域，更具体地，涉及一种基于量子纠缠的时钟同步系统与方法。

背景技术

时间(频率)是人们认识自然界的最基本的物理量之一，1967年第十三届国际计量大会决定国际单位制(SI)中，时间单位秒(S)的定义为：¹³³C_S原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的9192631770个周期的持续时间。因为时间是目前具有最高测量精度的基本物理量，所以其他物理量常常转化为时间频率后再进行测量，例如长度米的定义为真空中的光在1/299793458秒的时间间隔内所行经的距离。

在通信领域，时间频率是一个很重要的参数；时间频率标准传递在高精密授时系统中也至关重要。例如在SDH网络中，要求必须全网设备时钟同步，否则将导致数据紊乱，系统瘫痪。但是每台设备都是有独立时钟(晶振)控制的，虽然出厂时可能初次校准为一致，但是因为制造工艺，所处环境等因素不同，随时运行时间的增加，各台时钟运行规律不同，如果不及时进行比对校准，各台时钟运行就会有所差异，整个网络就会陷入混乱。这种比对和校准就是时钟同步。时频同步技术是指通过某种手段，将处于异地的时钟产生的时频信号进行比对，并形成统一时频基准的过程。

量子密钥分发作为量子信息领域最接近应用的技术成果，经过30多年的发展，目前已经发展到测量设备无关协议应用阶段。测量设备无关协议基于Bell态测量原理，其成码率依赖于光子的Hong-Ou-Mandal(HOM)效应。而该效应要求光子到达HOM干涉仪的时间一致，否则不能产生干涉而导致误码。目前一般采用不同波长的独立光脉冲利用波分复用来实现通信双方的同步，消耗了波长资源。然而网络用户的增加，尤其在经典和量子通信融合网络中，每一个波长都是宝贵的资源，上述方法显然不经济也不可行。

现有技术中，专利201410337054.7采用多波长激光器和波长选择开关实现多用户之间的量子密钥分发与共享，但是未考虑同步问题，所采用的即插即用方案并不能保证如时移攻击下的安全性。

利用量子纠缠的方法实现时间同步的思想最早来自2001年Giovannetti等人在《自然》杂志上的论文“Quantum-enhanced positioning and clock synchronization”。利用量子纠缠态和量子压缩态可以突破散粒噪声的极限，实现亚皮秒甚至更精确的时钟同步。

专利201120311727.3提出了利用量子纠缠实现北斗卫星的时间同步，但是光子在大气中的衰减较大，卫星与地面站之间对准较为困难。

发明内容

本发明提供一种基于量子纠缠的时钟同步系统，该系统使用量子纠缠态实现量子与经典融合网络中的时钟同步。

本发明的又一目的在于提供一种基于量子纠缠的时钟同步方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：