基于纠缠信号的高精度时钟同步技术研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有 内在 的关联 性 ，此 关联 性 是 由量子 纠缠 对 中的信
第 ４期
罗锐 等 ：基 于纠缠信 号的高精度时钟 同步技术研 究
・４ ２ ３・
号光 和 闲置 光 的关联 性所 决 定 的 ，量子 时钟 同步正 是基 于这 种 内在 的关联性 实 现对 参考 时钟 和 的 同步 功 能 。同时 ，量子 时钟 同步 的 同步 精度 也 是 由 量 子 纠 缠 对 中 的信 号光 和 闲 置 光 产 生 的 同 时性 决 定 的 ，是 由量 子 物理 规律 决 定的 ，它 突破 了经 典 时
钟 同步技 术 自然 地成 为 了研 究者 们探 索 的 目标 。 ２０ ００年 ， ｈａｇ和 Ｊｚａ 导 的课题 组 各 自独 Ｃ ｕｎ ｏｓ 领 立 地提 出 了不 同的量 子 时钟 同步 理论 方案 【 】并 对 ２， ， ３ 其 机 理进 行 了分 析 。２ ０ ０ １年美 国 ＭＩ 的学 者利 用 Ｔ
摘Hale Waihona Puke Baidu
要：时钟 同步是导航 定位 系统的重要组成部分，其精度将直接影响系统的定位精度。本
文提 出了一种基于纠缠信号的时钟 同步方案 ，通过调整光延迟单元，使 Ｈ Ｍ 干涉仪达到平衡 ， Ｏ
通过时钟 Ａ和 Ｂ分别记录下纠缠光子达到的时间， 分析这些时间序列的内在相关性 ， 提取时钟 Ａ 和 Ｂ之间的时间差，以实现对时钟 Ａ 和 Ｂ的同步。该方法可以有效地抑制背景噪声的影响，同
步 技 术 在 时 钟 精 度 和 安全 性 方 面 都 难 以继 续 满 足 实际 系统 的 需求 。而 卫 星 导航系 统 中使用 的原子 钟 用 于 时钟 同步 时也存 在很 多不 足 之处 。例 如 ，发 生 误 差 后修 正很 困难 ，容 易 受到辐 射 的影 响 等 。鉴 于 这 些 问题 ，人们 开始 了基 于 量子 特性 的时钟 同步 技
基 于 量 子 纠 缠 信 号 的高 精 度 时钟 同步 方 案 原 理示 意 图如 图 １ 示 ，主要包 括 四个部 分 ：量 子 纠 所 缠源 、ＨｏｇＯ ． ｎ ｅ Ｈ ｎ． ｕＭａｄｌ（ ＯＭ ）干涉 仪 、信 号 检 测器 以及 待 同步 时钟 。 在 时钟 同步信 号源 研 究方 面 ， 自发 参量 下转 换
附近 的 大 气 通 信 窗 口 ；采 用 具 有 高 干 涉 可 见度 的 ＨＯＭ 干 涉 仪 ，该干 涉 仪 由于 具有稳 定 性好 、偶 阶
检 测 到信 号光 的到达 时 刻 、探测 器 Ｂ检 测到 闲置 光 的到 达 时刻 ，因 为信 号 光和 闲置 光是 同时产 生的 ， 则 此 时 的 时 间 差 是 由信 号 光 和 闲 置 光 所 经 历 的 光 程差 决定 的 ，信 号光 到达探 测 器 所经 历 的时 间完 全 由探测 器 Ａ 到 纠缠 光源 的距 离 ， 决定 ，而 ， 决 定 了 闲置光到 达探 测器 的 时间 。 测 器 和 所 探
偏振分束器 脉冲激
闲 置 光
图 ２ 量 子 纠 缠 对 生 成 示 意 图
为 了和大 气通 信 窗 口一 致 ，所采 用 的量 子纠 缠
光信 号 的信 号 光 和 闲置 光 的 中心 波 长 选 在 ７ ０ ｍ ８ｎ
的稳 定度 ，同时忽 略地 球 引力在 同步 器件 中对 位 于 不 同地 点 的 、 存在 的不 同影 响 。 首先 ，参考 时钟 和 通 过 分别标 记 探测 器 Ａ
ｅ ｓ ｒ ｎ ｈ ｔＣｌ ｃ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｄ ｗｉ ｏ ｋ Ｂ． ｈ ｓ ｍｅ ｏ ｓｕ ｅ ｏ ｅ ｅ ｔ ｅ ｙ ｅ ｉ ｎ ｔ ｆｅ ｔ ｆｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｏ ｓ ｎ ｎ ｕ ｉ ｇ ｔ ａ ｏ ｋ Ａ ｓ ｈ ｏ ｉｅ ｔ Ｃｌ ｃ Ｔ ｉ ｓ ｎ ｈ ｔ ｄ ｉ ｓ ｄ ｔ ｆ ｃｉ ｌ ｌ ｈ ｖ ｍｉ ａ ｅ ｅ ｃｓ ｏ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｎ ｉｅ ａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｅｃ ｏ ｋ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉｎ ｃ ｉｖ ｉ ｈ ａ ｃ ｔ ｌ ｃ ｙ ｃ ｎ ｚ ｔ ． ｒ ｒ ｏ
ｉｔｒ ｒｍｅ ｒ ｓ ａａｃ ｄｂ ｄｕｔ ｇａ ｐｉ ｌ ｅａ ｎｔｔｅ ｉ ｆ ｒｖ ｌ ｆ ｉ ｌ ｎｏ ｓ ｅ ｅａ ｄｐ ｏｏ ｓｓ ｅ ｏｄ ｄｂ ｎｅｆ ｏ ｔ ｌ ｅ ｙａｊｓ ｎ ｏ ｔ ａ ｄ ｌ ｕ ｉ ｈ ｍｅ ｒ ａ ｏ ｍｕｔ ｅ ｕｌ ｇｎ ｒｔ ｈ ｔｎ ｃｒｅ ｙ ｅ ｅ ｉｂ ｎ ｉ ｎ ｃ ｙ ， ｔ ｏ ａｉ ｓ ａ ｙ ｅ ｉｒ
２ １ 年 ８月第 ４期 ０１
现 代导航
・４ ２ １・
基于纠缠信 号 的高精 度 时钟 同步技 术研 究
罗锐 １ ，姜恩春 Ｉ ，曹正文 ２ ，徐萍 ２
（ 中国电子科技集 团公司第二十研 究所，西安 ７ ０ ６ ； ２西北大学信息科学与技术 学院，西安 ７０ ２ ） １ １０ ８ １ １７
理 论方 案 ，并进 行 了具 体 的定量 计算 。他们 的研 】
多领 域都 有重 要 的应 用 ，是 这些 领域 必 不可 少 的核
心 技 术之 一 【，但 是 ， 目前正 在 使用 的经 典 时钟 同 ｌ Ｊ
究表 明 ， 使用 个 光子 数压 缩 的频 率纠 缠光脉 冲信 号 ，且每 个脉 冲 有 Ⅳ个 光 子 ，所 获得 的时钟 同步精
Ｃｌｃ ａ ｄ Ｃｌｃ ａ ｄａｃ ｒｅａｉｎｏ ｅｔｍｅｏ ｒｉａ ｓａ ａｙ ｅ ｏｄ ｔｒ ｎ ｅｃｏ ｋｏ ｓｔｆｏ Ｃｌｃ ａ ｄＣｌｃ ｏ ｋ Ａ ｏ ｋＢ， ｎ ｏｒ ｌｔ ｎｔ ｎ ｏ ｈ ｉ ｆａｒ ｌ ｎ ｌｚ ｄｔ ｅｅｍｉｅｔ ｌｃ ｆ ｅ ｍ ｏ ｋ Ａ ｏ ｋ Ｂ， ｖ ｉ ｈ ｒ ｎ
ｂ ａ ｉ ｇ ｏ ｅｐ ｓｔ ｎ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ａ ｌ ｃ ｎ ｈ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｌ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ Ｔｈ ｅ ｒ ｎ ｔ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｈ ｙ ｔ ｍ． ｃ ｏ ｋ ｓ ｃ ｒ ｎｚ ｔｏ ｃ ｅ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ ｄｓｇ ａ ｏ ｏ ｅ ． ｅ ＨＯＭ ｎ ｈ ｉ ｙ ｉｐ
量 子 时钟 同步 技 术 是 一 种 新 型 的基 于 量 子 物 理特 性 的高精 度 同步 技术 ，不但 在 定位精 度 上可 比 现有 的 无线 同步 技术 显著 提 高 ，而且 可更 好地 保证 系统 的 安全 性 ，具有 良好 的应用 前 景 。本 文 充分利 用 了量 子 纠 缠 特 性 ，提 出 了一 种 新 的 时钟 同步 方 案 ，该 方法对 克 服背 景噪 声有 很好 的效果 。
步精度 高。 关键词：时钟 同步；纠缠光子；相关函数
中图 分类 号 ：Ｔ ６ ． Ｎ９７１ 文献 标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ：１７．９ ６（０ １ ４２ １０ ６４７ ７． １） ．４ ．４ ２ ０
ＨｉｈＡｃ ｕ ａ ｙ Ｃｌｃ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｎ Ｂａ ｅ ｎＥｎ ａ ｇ ｅ ｉｎ ｌ ｇ ｃ ｒ ｃ ｏ ｋ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉ ｓ ｄ ｏ ｔｎ ｌｄ Ｓ ｇ ａ ｏ
色散取消等各种优点，在量子信息及其相关领域具 有广 泛应 用 ；在量 子信 号检 测研 究方 面 ，选 用 高性
能 的硅雪 崩 二极 管作 为量 子信 号检 测器 ，可 以高效 地检 测量 子信 号 ，其 量子 效率 可达 到 ８％，能 很好 ５
地满足对量子纠缠信号的检测 ， 进而满足高精度时
术 研 究 。于 是 ，随着 量 子技 术 的不 断发 展 ，量子 时
度相 比激光信号提高了√ 倍， 比经典的电磁信号
提 高 了 ＭＮ倍 ， 同时可保 证信 号传 输 中 的安全 性 。 在此 基础 上 ，学 术界 开始 了量 子 时钟 同步 的研 究 ，
在接 下 来 的几 年 里提 出 了一 些 理论 方 案［１ ，展示 ５０ －】 了量 子 同步技 术 的先进 性 。
所产生的纠缠光子对具有 良好的相干性，是实现高 精度 的远 程 时钟 同步 ［ 、量子 定位 和量 子信 息处 理 １ ”
．
．
．
１ 一・ 一 ． 一 ’ ｝・
ＨＭ十 仪 Ｏ 秒
１’ ＝－ ．。 一 －一 １， ’ Ｊ
Ｂ
Ｕ
纠 量 对 缠子源
Ｕ
）
图 １基于量子纠缠对的时间同步方案
钟 同步 的要 求 。 １ 同步 原理 ． ２
探测到光信号的时间差为 （ 一 ／ ，调节可控 的 ， ） Ｃ
光学延迟线使 ， －，，在此条件下，探测器 和 ． 探测事件在物理上是同时发生的，但是由于所用参
考 时钟 的不 同步 ，使 得对 应 于探测 事件 发 生 的两个
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｃｌｃ ｙ ｃ ｏ ｉａｉｎ Ｅｎａ ｇｅ ｈ ｔｎ ； Ｃｏ ｅａｉｎＦ ｎ ｔｏ ｙｗ ｒ ： ｏ ｋ Ｓ ｎ ｈ ｎｚ ｔ ； ｒ ｏ ｔｎ ｌｄＰ ｏｏ ｓ ｒ ｌｔ ｕ ｃｉｎ ｏ
时钟 同步 技术 在通 信 、导航 、测 距 、定 位等 很
压缩 纠 缠态研 究 了量 子 时钟 同步 问题 ，提 出了一个
ＬＵＯ ， Ｊ ＡＮＧ ｃ ｕ ＣＡＯ ｅ ｇｗｅ Ｒｕｉ Ｉ Ｅｎ ｈ ｎ， Ｚｈ ｎ ｎ， ＸＵ Ｐｉｇ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ａｓ ａ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｒ ｆｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎｎ ｙ ｔｍ， ｉｈ ａ ｃ ｒ ｔ ｌｃ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ｎ ｈ ｓ ａｄｒｃ ｔａ ｔ ｎ ｉ ｏｔｎ ａｔｏ ａ ｉａｉ ｎ ｏ ｉｉ ｉｇ ｓ ｓｅ ｈｇ ｃ ｕ ａｅ ｃｏ ｋ ｓｎ ｈｏ ｉａｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏ ｅ
该方案是利用 处于量子纠缠的信号光和 闲置 光到达探测器 和 Ｂ 时间差的固定性来实现 同步
的。方 案 中 ，假 设 Ａｌｅ和 Ｂ ｂ是两个 需 要 同步 的 ｉ ｃ ｏ 双方 ，分别 有 时钟 和 ，频率 相 同 ，并 有 比较好
时间 序列｛ ） ） ｔ和 ／ 会不一 但｛ ） ｔ） 致。 ｆ 和｛ 具 ７
收稿 日期 ： ０ １０ —０ 总装基金 项 目：编号（１０ ＊ ３０ ） ２ １—７３ 。 ９ ４ ＂ ＇ ０ １。
・４ ２ ２・
现代 导航
２ １ 年 ０１
ｌ基于纠缠 信号的时钟 同步原理
１１原理 框 图 ．
等 过程 的重 要光 源 。基 于 晶体二 阶非 线性 效应 的参 量 下转 换过 程【一 ｌ，由连 续光抽 运 产生 的光 子对 ，其 ｚ 产 生 的时 间随机 性大 ，所 需激 光平 均功 率也 大 ； 由 脉 冲光 抽运 产 生光子 对 ，则 不仅 可 以定义 光子 对 的 产 生 时间 ，且所 需激 光平 均功 率较低 ，有 利于 装 置 的小 型化 。本 方案 中通 过采 用脉 冲泵 浦光 进入 非 线 性 晶体 参量 下转 换过 程 ，获 得 一对频 率相 同的纠 缠 光 子对 …． 号光 和 闲置光 ，两个 光 子 以 ４ 角 进 信 ５度 入 偏 振分束 ，制备 出符 合要 求 的信 号光 与 闲置光 量 子纠 缠对 ，如 图 ２ 示 。 所
钟 同步 的极 限 ， 目前 采用 量 子物 理方 法 ，理论 上 同
设 ｄ＇ ｒ 时钟 Ｂ对 理想 时钟 的偏 差 ，则有 ： 是
＋ ｔ ＝ ｔ。 ｉ１ Ｎ ＡＢ 砖一｝ ＝ …
式 （） ３，则 有 ： ２． ） 式（
第 ４期
罗锐 等 ：基 于纠缠信 号的高精度时钟 同步技术研 究
・４ ２ ３・
号光 和 闲置 光 的关联 性所 决 定 的 ，量子 时钟 同步正 是基 于这 种 内在 的关联性 实 现对 参考 时钟 和 的 同步 功 能 。同时 ，量子 时钟 同步 的 同步 精度 也 是 由 量 子 纠 缠 对 中 的信 号光 和 闲 置 光 产 生 的 同 时性 决 定 的 ，是 由量 子 物理 规律 决 定的 ，它 突破 了经 典 时
钟 同步技 术 自然 地成 为 了研 究者 们探 索 的 目标 。 ２０ ００年 ， ｈａｇ和 Ｊｚａ 导 的课题 组 各 自独 Ｃ ｕｎ ｏｓ 领 立 地提 出 了不 同的量 子 时钟 同步 理论 方案 【 】并 对 ２， ， ３ 其 机 理进 行 了分 析 。２ ０ ０ １年美 国 ＭＩ 的学 者利 用 Ｔ
摘Hale Waihona Puke Baidu
要：时钟 同步是导航 定位 系统的重要组成部分，其精度将直接影响系统的定位精度。本
文提 出了一种基于纠缠信号的时钟 同步方案 ，通过调整光延迟单元，使 Ｈ Ｍ 干涉仪达到平衡 ， Ｏ
通过时钟 Ａ和 Ｂ分别记录下纠缠光子达到的时间， 分析这些时间序列的内在相关性 ， 提取时钟 Ａ 和 Ｂ之间的时间差，以实现对时钟 Ａ 和 Ｂ的同步。该方法可以有效地抑制背景噪声的影响，同
步 技 术 在 时 钟 精 度 和 安全 性 方 面 都 难 以继 续 满 足 实际 系统 的 需求 。而 卫 星 导航系 统 中使用 的原子 钟 用 于 时钟 同步 时也存 在很 多不 足 之处 。例 如 ，发 生 误 差 后修 正很 困难 ，容 易 受到辐 射 的影 响 等 。鉴 于 这 些 问题 ，人们 开始 了基 于 量子 特性 的时钟 同步 技
基 于 量 子 纠 缠 信 号 的高 精 度 时钟 同步 方 案 原 理示 意 图如 图 １ 示 ，主要包 括 四个部 分 ：量 子 纠 所 缠源 、ＨｏｇＯ ． ｎ ｅ Ｈ ｎ． ｕＭａｄｌ（ ＯＭ ）干涉 仪 、信 号 检 测器 以及 待 同步 时钟 。 在 时钟 同步信 号源 研 究方 面 ， 自发 参量 下转 换
附近 的 大 气 通 信 窗 口 ；采 用 具 有 高 干 涉 可 见度 的 ＨＯＭ 干 涉 仪 ，该干 涉 仪 由于 具有稳 定 性好 、偶 阶
检 测 到信 号光 的到达 时 刻 、探测 器 Ｂ检 测到 闲置 光 的到 达 时刻 ，因 为信 号 光和 闲置 光是 同时产 生的 ， 则 此 时 的 时 间 差 是 由信 号 光 和 闲 置 光 所 经 历 的 光 程差 决定 的 ，信 号光 到达探 测 器 所经 历 的时 间完 全 由探测 器 Ａ 到 纠缠 光源 的距 离 ， 决定 ，而 ， 决 定 了 闲置光到 达探 测器 的 时间 。 测 器 和 所 探
偏振分束器 脉冲激
闲 置 光
图 ２ 量 子 纠 缠 对 生 成 示 意 图
为 了和大 气通 信 窗 口一 致 ，所采 用 的量 子纠 缠
光信 号 的信 号 光 和 闲置 光 的 中心 波 长 选 在 ７ ０ ｍ ８ｎ
的稳 定度 ，同时忽 略地 球 引力在 同步 器件 中对 位 于 不 同地 点 的 、 存在 的不 同影 响 。 首先 ，参考 时钟 和 通 过 分别标 记 探测 器 Ａ
ｅ ｓ ｒ ｎ ｈ ｔＣｌ ｃ ｉ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｄ ｗｉ ｏ ｋ Ｂ． ｈ ｓ ｍｅ ｏ ｓｕ ｅ ｏ ｅ ｅ ｔ ｅ ｙ ｅ ｉ ｎ ｔ ｆｅ ｔ ｆｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｏ ｓ ｎ ｎ ｕ ｉ ｇ ｔ ａ ｏ ｋ Ａ ｓ ｈ ｏ ｉｅ ｔ Ｃｌ ｃ Ｔ ｉ ｓ ｎ ｈ ｔ ｄ ｉ ｓ ｄ ｔ ｆ ｃｉ ｌ ｌ ｈ ｖ ｍｉ ａ ｅ ｅ ｃｓ ｏ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｎ ｉｅ ａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｅｃ ｏ ｋ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉｎ ｃ ｉｖ ｉ ｈ ａ ｃ ｔ ｌ ｃ ｙ ｃ ｎ ｚ ｔ ． ｒ ｒ ｏ
ｉｔｒ ｒｍｅ ｒ ｓ ａａｃ ｄｂ ｄｕｔ ｇａ ｐｉ ｌ ｅａ ｎｔｔｅ ｉ ｆ ｒｖ ｌ ｆ ｉ ｌ ｎｏ ｓ ｅ ｅａ ｄｐ ｏｏ ｓｓ ｅ ｏｄ ｄｂ ｎｅｆ ｏ ｔ ｌ ｅ ｙａｊｓ ｎ ｏ ｔ ａ ｄ ｌ ｕ ｉ ｈ ｍｅ ｒ ａ ｏ ｍｕｔ ｅ ｕｌ ｇｎ ｒｔ ｈ ｔｎ ｃｒｅ ｙ ｅ ｅ ｉｂ ｎ ｉ ｎ ｃ ｙ ， ｔ ｏ ａｉ ｓ ａ ｙ ｅ ｉｒ
２ １ 年 ８月第 ４期 ０１
现 代导航
・４ ２ １・
基于纠缠信 号 的高精 度 时钟 同步技 术研 究
罗锐 １ ，姜恩春 Ｉ ，曹正文 ２ ，徐萍 ２
（ 中国电子科技集 团公司第二十研 究所，西安 ７ ０ ６ ； ２西北大学信息科学与技术 学院，西安 ７０ ２ ） １ １０ ８ １ １７
理 论方 案 ，并进 行 了具 体 的定量 计算 。他们 的研 】
多领 域都 有重 要 的应 用 ，是 这些 领域 必 不可 少 的核
心 技 术之 一 【，但 是 ， 目前正 在 使用 的经 典 时钟 同 ｌ Ｊ
究表 明 ， 使用 个 光子 数压 缩 的频 率纠 缠光脉 冲信 号 ，且每 个脉 冲 有 Ⅳ个 光 子 ，所 获得 的时钟 同步精
Ｃｌｃ ａ ｄ Ｃｌｃ ａ ｄａｃ ｒｅａｉｎｏ ｅｔｍｅｏ ｒｉａ ｓａ ａｙ ｅ ｏｄ ｔｒ ｎ ｅｃｏ ｋｏ ｓｔｆｏ Ｃｌｃ ａ ｄＣｌｃ ｏ ｋ Ａ ｏ ｋＢ， ｎ ｏｒ ｌｔ ｎｔ ｎ ｏ ｈ ｉ ｆａｒ ｌ ｎ ｌｚ ｄｔ ｅｅｍｉｅｔ ｌｃ ｆ ｅ ｍ ｏ ｋ Ａ ｏ ｋ Ｂ， ｖ ｉ ｈ ｒ ｎ
ｂ ａ ｉ ｇ ｏ ｅｐ ｓｔ ｎ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ａ ｌ ｃ ｎ ｈ ｏ ｉ ａｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｌ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ Ｔｈ ｅ ｒ ｎ ｔ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｆ ｈ ｙ ｔ ｍ． ｃ ｏ ｋ ｓ ｃ ｒ ｎｚ ｔｏ ｃ ｅ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ ｄｓｇ ａ ｏ ｏ ｅ ． ｅ ＨＯＭ ｎ ｈ ｉ ｙ ｉｐ
量 子 时钟 同步 技 术 是 一 种 新 型 的基 于 量 子 物 理特 性 的高精 度 同步 技术 ，不但 在 定位精 度 上可 比 现有 的 无线 同步 技术 显著 提 高 ，而且 可更 好地 保证 系统 的 安全 性 ，具有 良好 的应用 前 景 。本 文 充分利 用 了量 子 纠 缠 特 性 ，提 出 了一 种 新 的 时钟 同步 方 案 ，该 方法对 克 服背 景噪 声有 很好 的效果 。
步精度 高。 关键词：时钟 同步；纠缠光子；相关函数
中图 分类 号 ：Ｔ ６ ． Ｎ９７１ 文献 标 识码 ：Ａ 文 章编 号 ：１７．９ ６（０ １ ４２ １０ ６４７ ７． １） ．４ ．４ ２ ０
ＨｉｈＡｃ ｕ ａ ｙ Ｃｌｃ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｔ ｎ Ｂａ ｅ ｎＥｎ ａ ｇ ｅ ｉｎ ｌ ｇ ｃ ｒ ｃ ｏ ｋ Ｓ ｎ ｈ ｏ ｉａ ｉ ｓ ｄ ｏ ｔｎ ｌｄ Ｓ ｇ ａ ｏ
色散取消等各种优点，在量子信息及其相关领域具 有广 泛应 用 ；在量 子信 号检 测研 究方 面 ，选 用 高性
能 的硅雪 崩 二极 管作 为量 子信 号检 测器 ，可 以高效 地检 测量 子信 号 ，其 量子 效率 可达 到 ８％，能 很好 ５
地满足对量子纠缠信号的检测 ， 进而满足高精度时
术 研 究 。于 是 ，随着 量 子技 术 的不 断发 展 ，量子 时
度相 比激光信号提高了√ 倍， 比经典的电磁信号
提 高 了 ＭＮ倍 ， 同时可保 证信 号传 输 中 的安全 性 。 在此 基础 上 ，学 术界 开始 了量 子 时钟 同步 的研 究 ，
在接 下 来 的几 年 里提 出 了一 些 理论 方 案［１ ，展示 ５０ －】 了量 子 同步技 术 的先进 性 。
所产生的纠缠光子对具有 良好的相干性，是实现高 精度 的远 程 时钟 同步 ［ 、量子 定位 和量 子信 息处 理 １ ”
．
．
．
１ 一・ 一 ． 一 ’ ｝・
ＨＭ十 仪 Ｏ 秒
１’ ＝－ ．。 一 －一 １， ’ Ｊ
Ｂ
Ｕ
纠 量 对 缠子源
Ｕ
）
图 １基于量子纠缠对的时间同步方案
钟 同步 的要 求 。 １ 同步 原理 ． ２
探测到光信号的时间差为 （ 一 ／ ，调节可控 的 ， ） Ｃ
光学延迟线使 ， －，，在此条件下，探测器 和 ． 探测事件在物理上是同时发生的，但是由于所用参
考 时钟 的不 同步 ，使 得对 应 于探测 事件 发 生 的两个
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｃｌｃ ｙ ｃ ｏ ｉａｉｎ Ｅｎａ ｇｅ ｈ ｔｎ ； Ｃｏ ｅａｉｎＦ ｎ ｔｏ ｙｗ ｒ ： ｏ ｋ Ｓ ｎ ｈ ｎｚ ｔ ； ｒ ｏ ｔｎ ｌｄＰ ｏｏ ｓ ｒ ｌｔ ｕ ｃｉｎ ｏ
时钟 同步 技术 在通 信 、导航 、测 距 、定 位等 很
压缩 纠 缠态研 究 了量 子 时钟 同步 问题 ，提 出了一个
ＬＵＯ ， Ｊ ＡＮＧ ｃ ｕ ＣＡＯ ｅ ｇｗｅ Ｒｕｉ Ｉ Ｅｎ ｈ ｎ， Ｚｈ ｎ ｎ， ＸＵ Ｐｉｇ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ａｓ ａ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｒ ｆｎ ｖ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｓｔ ｎｎ ｙ ｔｍ， ｉｈ ａ ｃ ｒ ｔ ｌｃ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｔ ｎ ｈ ｓ ａｄｒｃ ｔａ ｔ ｎ ｉ ｏｔｎ ａｔｏ ａ ｉａｉ ｎ ｏ ｉｉ ｉｇ ｓ ｓｅ ｈｇ ｃ ｕ ａｅ ｃｏ ｋ ｓｎ ｈｏ ｉａｉ ａ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏ ｅ
该方案是利用 处于量子纠缠的信号光和 闲置 光到达探测器 和 Ｂ 时间差的固定性来实现 同步
的。方 案 中 ，假 设 Ａｌｅ和 Ｂ ｂ是两个 需 要 同步 的 ｉ ｃ ｏ 双方 ，分别 有 时钟 和 ，频率 相 同 ，并 有 比较好
时间 序列｛ ） ） ｔ和 ／ 会不一 但｛ ） ｔ） 致。 ｆ 和｛ 具 ７
收稿 日期 ： ０ １０ —０ 总装基金 项 目：编号（１０ ＊ ３０ ） ２ １—７３ 。 ９ ４ ＂ ＇ ０ １。
・４ ２ ２・
现代 导航
２ １ 年 ０１
ｌ基于纠缠 信号的时钟 同步原理
１１原理 框 图 ．
等 过程 的重 要光 源 。基 于 晶体二 阶非 线性 效应 的参 量 下转 换过 程【一 ｌ，由连 续光抽 运 产生 的光 子对 ，其 ｚ 产 生 的时 间随机 性大 ，所 需激 光平 均功 率也 大 ； 由 脉 冲光 抽运 产 生光子 对 ，则 不仅 可 以定义 光子 对 的 产 生 时间 ，且所 需激 光平 均功 率较低 ，有 利于 装 置 的小 型化 。本 方案 中通 过采 用脉 冲泵 浦光 进入 非 线 性 晶体 参量 下转 换过 程 ，获 得 一对频 率相 同的纠 缠 光 子对 …． 号光 和 闲置光 ，两个 光 子 以 ４ 角 进 信 ５度 入 偏 振分束 ，制备 出符 合要 求 的信 号光 与 闲置光 量 子纠 缠对 ，如 图 ２ 示 。 所
钟 同步 的极 限 ， 目前 采用 量 子物 理方 法 ，理论 上 同
设 ｄ＇ ｒ 时钟 Ｂ对 理想 时钟 的偏 差 ，则有 ： 是
＋ ｔ ＝ ｔ。 ｉ１ Ｎ ＡＢ 砖一｝ ＝ …
式 （） ３，则 有 ： ２． ） 式（