[发明专利]一种基于量子纠缠的时钟同步方法

说明书

本发明提供了一种基于量子纠缠的时钟同步方法，包括：采用时间锁相环RTC使得节点A和节点B处于频率同步状态；节点A在自己的时钟标准下于时刻制备n‑qubit的GHZ量子纠缠态，并将所述量子纠缠态发送给节点B；节点B在当前自己的时钟标准下于时刻接受到所述量子纠缠态，获取当前自己的时钟标准的密度矩阵，并进一步判定接收到所述量子纠缠态的第一个量子比特处于标准态下的概率P^±；根据概率P^±计算节点A与节点B之间的时钟差Δ；节点B根据时钟差Δ校准自己的时钟标准，实现与节点A的时间对齐，完成时间同步；本发明避免了传统方法双向延时不对称导致的同步误差。

技术领域

本发明涉及时钟同步领域，尤其涉及一种基于量子纠缠的时钟同步方法。

背景技术

目前行业内一般的时间同步实现思路是：拥有标准时间信息的一方将自己时钟的时刻发送给待同步的节点，待同步的节点根据收到的时间信息计算自身时钟和标准时间之间的时间差Δ，并对自己的时钟进行校准。但是信息的传递需要传输时间，校准时间时需要考虑传输时延。大部分经典时间同步协议利用双向传输或者环回传输的方式获得环回时延RTD，并且假设双向时延是对称的，得到D＝RTD/2。但是在现网应用中很难保证双向的传输时延严格相等。如果双向时延相差δ，则会引起时延差计算偏差±δ/2。并且目前常用的NTP、PTP等基于MAC或者IP报文的协议框架很难与未来的量子信息网络相融合，其时间戳位置位于数据链路层甚至更高的协议层，其同步精度也收到报文缓存、协议处理等因素的影响。另外基于经典物理方案的时间同步协议的精度受限于标准量子极限(SQL)，即同步精度正比于1/n N，其中n为每次执行协议包含的光子数，N为测量次数，精度难以进一步提升。

发明内容

有鉴于此，针对以上技术问题，本发明提供了一种基于量子纠缠的时钟同步方法。该方法是一种单向的时间同步协议，通过量子比特的单向传输配合经典信道发布时间，实现高精度的时钟同步。

本发明提供的一种基于量子纠缠的时钟同步方法，具体包括以下：

S101：采用时间锁相环RTC使得节点A和节点B处于频率同步状态；

S102：节点A在自己的时钟标准下于时刻制备n-qubit的GHZ量子纠缠态，并将所述量子纠缠态发送给节点B；

S103：节点B在当前自己的时钟标准下于时刻接受到所述量子纠缠态，获取当前自己的时钟标准的密度矩阵，并进一步判定接收到所述量子纠缠态的第一个量子比特处于标准态下的概率P^±；

S104：根据概率P^±计算节点A与节点B之间的时钟差Δ；

S105：节点B根据时钟差Δ校准自己的时钟标准，实现与节点A的时间对齐，完成时间同步。

进一步地，所述节点A为拥有时间标准信息的一方，所述节点B为待时钟同步的一方。

进一步地，步骤S102中，所述量子纠缠态具体如式(1)所示：

其中Ψ表示量子纠缠态，|000...0|和|111...1|均为量子比特流；

量子纠缠态对应的密度矩阵如式(2)：

进一步地，步骤S103中节点B接受到所述量子纠缠态后，其对应的密度矩阵如式(3)：

其中D为量子纠缠态传输过程中的自由演化时间；ω为量子纠缠态自由演化过程中两个量子态能级间的跃迁频率；n表示量子态能级的总数。

进一步地，步骤S103中，获取密度矩阵后，节点B进一步用测量基对量子纠缠态的第一个量子比特进行测量，得到量子比特处于标准态下的概率P^±，如式(4)：