[发明专利]基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统和方法

权利要求书

1.一种基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步系统，其特征在于：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，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；

其中，所述发射方用于产生三光子偏振纠缠GHZ态，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，且所述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。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述发射方包括GHZ态纠缠源、光延迟线、盘纤、第三偏振片和第三探测器；

所述光延迟线与GHZ态纠缠源连接；所述GHZ态纠缠源通过盘纤与第三偏振片连接；所述第三偏振片与第三探测器连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：GHZ态纠缠源具备三个输出端，分别为第一输出端、第二输出端及第三输出端；

其中，第一输出端与光延迟线输入端相连，经过光延迟线、盘纤通过光纤与第一同步方相连；第二输出端直接通过光纤与第二同步方相连；第三输出端依次通过盘纤、第三偏振片，与第三探测器输入端相连。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述GHZ态纠缠源制备出量子态为的三光子偏振纠缠GHZ态；

所述光延迟线用于调节第一同步方与发射方之间的光学延迟；

所述盘纤用于提供GHZ态纠缠源与第三探测器之间的光学延迟，并提供第一同步方与发射方之间、第二同步方与发射方之间的不对称容忍度；

所述第三偏振片为45度偏振片，该45度偏振片用于分辨光子X基偏振态；

所述第三探测器提供对光子的探测响应。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一同步方包括第一偏振片、第一探测器、第一脉冲激光器、第一时钟和第一光环形器；

所述第二同步方包括第二偏振片、第二探测器、第二脉冲激光器、第二时钟和第二光环形器；

所述第一时钟与第一脉冲激光器、第一探测器连接；所述第二时钟与第二脉冲激光器、第二探测器连接；

所述第一偏振片与第一探测器输入端相连；所述第二偏振片与第二探测器输入端相连。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：在所述第一同步方与第二同步方中，第一光环形器与第二光环形器均具备三个端口，分别为第一端口、第二端口与第三端口。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述第一光环形器的第一端口与第二光环形器的第一端口相连；

第一光环形器的第二端口与第一脉冲激光器的输出端连接；

第二光环形器的第二端口与第二脉冲激光器的输出端连接；

第一光环形器的第三端口与第一探测器输入端连接；

第二光环形器的第三端口与第二探测器输入端连接。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第一偏振片为水平偏振片，用于分辨光子Z基偏振态；

所述第二偏振片为45度偏振片，用于分辨光子X基偏振态。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述第一探测器、第二探测器均用于提供对光子的探测响应；

所述第一、第二脉冲激光器产生经典激光脉冲，用于实现第一同步方与第二同步方之间的初步时钟同步；

所述第一时钟、第二时钟均为待同步时钟，同时记录第一探测器、第二探测器探测到光子的本地时间；

所述第一和第二光环形器均用于提供非互易性光路。

10.一种基于偏振纠缠GHZ态的二分迭代时钟同步方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：交换信号，分别位于第一同步方与第二同步方中的第一脉冲激光器、第二脉冲激光器在其各自时钟的“0”时刻激发出经典脉冲信号，信号经各自的光环形器向对方传输；

步骤二：信号测量，所述第一同步方与第二同步方接受来自对方光环形器发出的信号，然后经过本地光环形器，向本地探测器传输，第一同步方和第二同步方分别测量信号到达时间τ_a、τ_b，得到：

τ_a＝T_link+ΔT_ab——式(1)；

τ_b＝T_link-ΔT_ab——式(2)；

其中，T_link为光脉冲在第一同步方和第二同步方之间光纤传输时间，ΔT_ab为第一时钟与第二时钟的钟差；

步骤三：结果分析，对步骤二中所述(1)、(2)式联立求和即可得T_link；联立求差即可得ΔT_ab；

由此即可获得第一时钟、第二时钟之间的粗略取值ΔT_ab，第一同步方、第二同步方双方根据此差值对时钟进行初步校准；

步骤四：发射光脉冲；发射方同时分别向第一同步方与第二同步方发射单光子脉冲，第一同步方与第二同步方分别记录下接收到光脉冲的时间t_a、t_b，并公布测量结果；

步骤五：初步调整光延迟；根据测量得到的t_a和t_b，发射方调整光延迟线，使再次测量的结果满足t_a＝t_b；

步骤六：发送纠缠态；发射方制备偏振纠缠GHZ态三光子，量子态为：同时发送给第一、第二和第三探测器；

步骤七：测量并判断；第一同步方、第二同步方与发射方对接收到的光子进行测量；

其中，第一同步方所选取的测量基为Z基，而第二同步方与发射方所选取的测量基为X基；经过数次测量，即可根据发射方与第二同步方的测量结果对比通过判断依据判断出第一同步方与第二同步方中，哪一方先测量到光子；

步骤八：调整光延迟；经过第一轮测量之后，若确定是第一同步方先测量到光子，则由发射方将第一同步方与发射方之间的光学延迟增加ΔT₀；若确定是第二同步方先测量到光子，则由发射方将第一同步方与发射方之间的光学延迟缩短ΔT₀；

步骤九：多轮测量；第一同步方、第二同步方、发射方继续执行第六、七、八步骤，开始第二轮的测量和光延迟微调；

其中，第二轮的光延迟微调量为ΔT₀/2；

随后继续进行第三轮、第四轮、第五轮测量……，微调量也相应为ΔT₀/4、ΔT₀/8、ΔT₀/16……，依次类推；

使用二分法对光延迟进行调整，使两臂不断趋于平衡，经过多次迭代后，光子抵达探测器的时间将具有高精度的同时性；

步骤十：记录时间，完成同步；各方根据实际的精度要求执行多轮测量，第一同步方、第二同步方分别记录下最后一次测量中光子到达时间T_a、T_b；

此时ΔT_ab＝T_a-T_b与实际钟差的差别将足够小，可将ΔT_ab视为实际钟差，第一同步方、第二同步方根据此差值进行时钟校准，从而实现时钟的同步。