CN112615693A - 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统 - Google Patents

用于时钟同步的方法、装置、设备及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112615693A
CN112615693A CN202011422480.2A CN202011422480A CN112615693A CN 112615693 A CN112615693 A CN 112615693A CN 202011422480 A CN202011422480 A CN 202011422480A CN 112615693 A CN112615693 A CN 112615693A
Authority
CN
China
Prior art keywords
state
quantum
clock synchronization
time information
quantum entanglement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011422480.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112615693B (zh
Inventor
张萌
吕博
赖俊森
赵鑫
刘璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Original Assignee
China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Information and Communications Technology CAICT filed Critical China Academy of Information and Communications Technology CAICT
Priority to CN202011422480.2A priority Critical patent/CN112615693B/zh
Publication of CN112615693A publication Critical patent/CN112615693A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112615693B publication Critical patent/CN112615693B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H04J3/0658—Clock or time synchronisation among packet nodes
    • H04J3/0661—Clock or time synchronisation among packet nodes using timestamps
    • H04J3/0667—Bidirectional timestamps, e.g. NTP or PTP for compensation of clock drift and for compensation of propagation delays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0682—Clock or time synchronisation in a network by delay compensation, e.g. by compensation of propagation delay or variations thereof, by ranging

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

本申请涉及时钟同步技术领域，公开一种用于时钟同步的方法，应用于从设备侧，包括：接收主设备发送的量子纠缠态及所述量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据所述量子纠缠态确定传输时延；根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。该方法利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。本申请还公开一种用于时钟同步的装置、设备及系统。

Description

用于时钟同步的方法、装置、设备及系统
技术领域
本申请涉及时钟同步技术领域，例如涉及一种用于时钟同步的方法、装置、设备及系统。
背景技术
目前，时钟同步协议已经成为许多依赖精确时间进行同步的应用的重要组成部分。在电信、工业自动化、金融市场、航空电子或能源分配等关键应用中都部署了时钟同步以控制系统时钟，这增加了关键基础设施对时钟同步精度的依赖。例如：在测量、控制、电信、工业和金融等应用中，对时间域的误差非常敏感，时钟同步中的误差可能导致错误的定时，因此可能产生错误的传感器报告，危害控制决策，并对依赖于准确时间的关键服务的总体功能产生不利影响。
目前网络中使用的时钟同步协议主要包括NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)和PTP(Precision Time Protocol，精确时间协议)协议。其中PTP协议在网络中应用较为广泛。如图7所示的PTP协议时钟同步的基本过程；Master(主设备)端发送sync同步报文给Slave(从设备)端，并且携带发送时间戳tM1。Slave端接收到sync报文后以本地时钟记录下时间戳tS2。Slave端发送Delay Request延时请求报文，并以本地时钟记录下发送时刻tS3。Master端接收到Delay Request报文，记录下接收时刻tM4，并将 tM4时间戳以DelayReply延迟答复报文的形式发送给Slave端。到此Slave端可以根据这四个时戳计算与Master端的时间偏差。由于报文传输过程中也有时延，所以计算时间偏差的时候要对传输时延进行修正。PTP协议的一个重要假设就是报文的双向传输时延是相等的，即报文从Master端到Slave 端的单向时延等于从Slave端到Master端的单向时延。因此，计算 RTD＝tS2-tM1+tM4-tS3得到环回时延RTD，单向时延等于RTD/2；计算
Figure RE-GDA0002940643270000021
得到时钟偏差offset。PTP协议的基本假设为单向时延等于环回时延的一半，也就是双向时延相等。但是现实中双向时延不可能完全相等，如果双向时延相差δ，则会引起时延差计算偏差±δ/2。并且PTP 协议是一种经典物理框架下的协议，其精度不可能突破SQL(standardquantum limit，标准量子极限)，因此现有技术中，通信设备进行时钟同步的精度较低。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供了一种用于时钟同步的方法、装置、设备及系统，以提高设备进行时钟同步的精度。
在一些实施例中，所述用于时钟同步的方法应用于从设备侧，包括：
接收主设备发送的量子纠缠态及所述量子纠缠态对应的发送时刻信息；
根据所述量子纠缠态确定传输时延；
根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
在一些实施例中，所述用于时钟同步的装置包括：处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如上述的用于时钟同步的方法。
在一些实施例中，所述设备，包括如上述的用于时钟同步的装置。
在一些实施例中，所述用于时钟同步的系统，包括主设备和从设备；
所述主设备，被配置为制备量子纠缠态，并将所述量子纠缠态及其对应的发送时刻信息发送给从设备，触发所述从设备进行时钟同步；
所述从设备，被配置为接收所述量子纠缠态及所述量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据所述量子纠缠态确定传输时延；根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
本公开实施例提供的用于时钟同步的方法、装置、设备及系统，可以实现以下技术效果：能够接收主设备发送的量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据量子纠缠态确定传输时延，并根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，从而使时钟同步的精度突破SQL，提高了时钟同步的精度。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一个用于时钟同步的方法的示意图；
图2是本公开实施例提供的另一个用于时钟同步的方法的示意图；
图3是本公开实施例提供的另一个用于时钟同步的方法的示意图；
图4是本公开实施例提供的一个用于时钟同步的方法的模拟实验中状态概率随传输时延的变化曲线示意图；
图5是本公开实施例提供的一个用于时钟同步的装置的示意图；
图6是本公开实施例提供的一个用于时钟同步的系统的示意图；
图7是现有PTP协议时钟同步的过程的示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如， A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
结合图1所示，本公开实施例提供一种用于时钟同步的方法，应用于从设备侧，包括：
步骤S101，接收主设备发送的量子纠缠态及量子纠缠态对应的发送时刻信息；
步骤S102，根据量子纠缠态确定传输时延；
步骤S103，根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
采用本公开实施例提供的用于时钟同步的方法，能够接收主设备发送的量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据量子纠缠态确定传输时延，并根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。
可选地，接收主设备发送的量子纠缠态，包括：接收主设备发送的由n 个量子比特组成的GHZ量子纠缠态
Figure RE-GDA0002940643270000041
其密度矩阵为
Figure RE-GDA0002940643270000051
可选地，记录量子纠缠态的接收时刻信息。
可选地，接收主设备发送的Q-sync量子同步报文；Q-sync报文包括量子纠缠态对应的发送时刻信息。在一些实施例中，如表1所示，表1为 Q-sync报文的格式示例表：
表1
DMAC SMAC VLAN Type Q-syncpayload FCS
表1中Type字段需要由标准化组织进行分配；Q-sync payload字段功能划分如表2所示，表2为Q-sync payload字段功能划分示例表：
表2
Figure RE-GDA0002940643270000052
表2中对应的具体功能描述如表3所示，表3为表2中具体功能描述的示例表：
表3
Figure RE-GDA0002940643270000053
Figure RE-GDA0002940643270000061
可选地，量子纠缠态传输过程中，量子纠缠态随时间自由演化遵循薛定谔方程：
Figure RE-GDA0002940643270000062
其中，|Ψ>为量子纠缠态，i为虚数单位，H为自由演化的哈密顿量，可选地，通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000063
获得哈密顿量，
Figure RE-GDA0002940643270000066
其中，h为普朗克常量，h＝6.62607015×10-34J·S，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率，
Figure RE-GDA0002940643270000064
可选的，通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000065
获得自由演化后的密度矩阵ρ(D)，其中，ρ(D)为从设备接收到的密度矩阵，D为传输时延，i为虚数单位，n为量子纠缠态中量子比特的数量，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率。
可选地，根据量子纠缠态确定传输时延，包括：根据量子纠缠态的状态概率和从设备与主设备的相位差计算传输时延。
可选地，量子纠缠态的状态概率通过以下方式获得，包括：对主设备发送的预设数量的量子纠缠态的状态进行测量，根据相同状态的数量获得量子纠缠态的状态概率；这样，量子纠缠态的数量越大，得到的状态概率更加准确。
可选地，测量量子纠缠态的状态，包括：通过测量基
Figure RE-GDA0002940643270000071
对量子纠缠态中的任意一个量子比特，例如：第一个量子比特进行测量，得到该量子比特的状态，该量子比特的状态即为对应量子纠缠态的状态。
可选地，通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000072
得到测量基下的密度矩阵ρM(D)，其中，ρM(D)为测量基下的密度矩阵，D为传输时延，i为虚数单位，n为量子纠缠态中量子比特的数量，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率。
可选地，量子纠缠态的状态概率包括正态概率或负态概率。
可选地，根据量子纠缠态的状态概率和从设备与主设备的相位差计算传输时延，包括：
获取传输时延先验值Dpri；
在nωDpri-φ0∈[2mπ,(2m+1)π)的情况下，计算
Figure RE-GDA0002940643270000073
获得传输时延；或者，计算
Figure RE-GDA0002940643270000074
获得传输时延；
在nωDpri-φ0∈[(2m+1)π，(2m+2)π)的情况下，计算
Figure RE-GDA0002940643270000075
获得传输时延；或者，计算
Figure RE-GDA0002940643270000076
获得传输时延；
其中，D表示传输时延，P+表示正态概率，P-表示负态概率，n表示量子纠缠态中量子比特的数量，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率，φo为从设备与主设备的相位差；m为非负整数；Dpri表示传输时延先验值。
可选地，计算Dpri＝Lpri/v得到传输时延先验值Dpri；其中，Lpri表示传输距离先验值，v表示量子纠缠态的传输速度。
通过传输时延的先验值确定cos函数，即nωDpri-φ0的周期，可选地， nωDpri-φ0∈[2mπ,(2m+1)π)，或者，nωDpri-φ0∈[(2m+1)π，(2m+2)π)；在不同的周期通过对应的计算公式进行计算获得传输时延；这样，能够得到更加精确的传输时延。
可选地，在主设备与从设备的测量基准|±>相位相同的情况下，相位差φ0为零。可选地，在主设备与从设备的测量基准|±>存在相位差时，预先随机选取两个跃迁频率ω1，ω2的量子比特进行预检测，将ω1和ω2分别带入计算公式φo＝nωD-arccos(2P+-1)得到方程组，求解得到从设备与主设备的相位差φ0；或者，将ω1和ω2分别带入计算公式φ0＝nωD-arccos(1-2P-)得到方程组，求解得到从设备与主设备的相位差φ0。并对后续的测量结果进行修正。
可选地，所述正态概率通过以下方式确定：
通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000081
获得正态概率P+；
可选地，所述负态概率通过以下方式确定：
通过计算P-＝1-P+获得负态概率P-；
其中，P+表示正态概率，P-表示负态概率，N表示接收到的量子纠缠态的数量，N+表示接收到的量子纠缠态为正态的数量。
可选地，N大于或等于2。进一步地，N可以为210、211、212、213、214、 215或216。量子纠缠态的数量N越大，则得到的状态概率越准确，从而得到的传输时延越精确，使得从设备根据传输时延进行时钟同步更加的精确。
可选地，根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步，包括：
通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000091
获得所述从设备与所述主设备之间的时钟差；其中，Δ表示从设备与主设备之间的时钟差，D为传输时延，
Figure RE-GDA0002940643270000092
为接收时刻信息，
Figure RE-GDA0002940643270000093
为发送时刻信息；
根据所述时钟差进行时钟同步。
可选地，根据时钟差进行时钟校准自己的时钟。例如，从设备的时钟是15:00，计算得到时钟差为0.02，根据时钟差校准自己的时钟为15:02。如果计算得到时钟差为-0.02，则根据时钟差校准自己的时钟为14：58。
可选地，主设备通过以下方式确定：获取多个量子纠缠态发送设备发送的时钟等级；将时钟等级最高的量子纠缠态发送设备确定为主设备。
可选地，记录量子纠缠态的接收时刻信息之前，还包括：检测量子纠缠态是否有效；在量子纠缠态有效的情况下，记录量子纠缠态的接收时刻信息。
可选地，在收到量子纠缠态和合法的Q-sync报文的情况下，则判定该量子纠缠态是有效的。可选地，在接收到的Q-sync报文的格式正确，且发送时刻信息和时钟等级信息完整的情况下，则判定Q-sync报文是合法的。
结合图2所示，本公开实施例提供一种用于时钟同步的方法，应用于主设备侧，包括：
步骤S201，制备量子纠缠态；
步骤S202，将量子纠缠态及其对应的发送时刻信息发送给从设备，触发从设备进行时钟同步。
采用本公开实施例提供的用于时钟同步的方法，能够将制备的量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息发送给从设备，并触发从设备进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，使得从设备能够进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。
可选地，制备量子纠缠态，包括：制备由n个量子比特组成的GHZ量子纠缠态
Figure RE-GDA0002940643270000094
可选地，触发从设备进行时钟同步，包括：触发从设备接收量子纠缠态及量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据量子纠缠态获取传输时延；并根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
可选地，用于时钟同步的方法，还包括：发送时钟等级给从设备。
结合图3所示，在一些实施例中，主设备包括时钟同步单元Alice，从设备包括时钟同步单元Bob。本公开实施例提供的用于时钟同步的方法，具体步骤如下：
步骤S301：时钟同步单元Bob将自己的计数器C置为0，并且预设最大测量次数N。
步骤S302：时钟同步单元Alice制备GHZ量子纠缠态；
步骤S303：时钟同步单元Alice通过量子信道将GHZ量子纠缠态发送给时钟同步单元Bob，同时Alice通过经典信道Q-sync报文将发送时刻信息
Figure RE-GDA0002940643270000101
时钟等级发送给Bob；GHZ量子纠缠态在传输链路上经过传输时延D 的传输，并且按照薛定谔方程进行时间演化；
步骤S304：Bob接收到GHZ量子纠缠态和Q-sync报文；
步骤S305：在GHZ量子纠缠态为有效，且Alice的时钟等级最高的情况下，记录GHZ量子纠缠态的接收时刻信息
Figure RE-GDA0002940643270000102
步骤S306：Bob利用测量基准|±>对量子纠缠态进行测量，获取量子纠缠态的状态；计数器C加1，重复接收并测量GHZ量子纠缠态N次；可选地，每次获取1个量子纠缠态。
步骤S307：Bob根据对N个量子纠缠态的测量结果求出|±>量子纠缠态的状态概率P±，根据状态概率得到传输时延，根据传输时延、发送时刻信息和接收时刻信息得到与Alice的时钟差；
步骤S308，Bob根据时钟差校准自己的时钟。
在一些实施例中，量子纠缠态的状态概率P具有一定随机的不确定性，通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000103
得到标准误差σP；其中，σP为标准误差，P为状态概率，N为量子纠缠态的数量。
通过计算
Figure RE-GDA0002940643270000104
得到时钟差的不确定度δΔ，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率，N为量子纠缠态的数量，n为量子纠缠态中量子比特的数量，δD为传输时延D的不确定度。这样，量子纠缠态中量子比特的数量和量子纠缠态的数量越多，时钟差的不确定度就越小，从而使得时钟同步的精度越高，其时钟同步精度能够突破SQL，比现有的同步协议精度提升了
Figure RE-GDA0002940643270000111
倍。一般的实际系统中，测试次数N大于或等于2，且N不可能无限大，一般取一个固定值，可选地N取8192。因此传输时延D的测量精度随着量子纠缠态中量子比特的位数n增加而提升。通过增加纠缠的量子比特位数n可以获得较高的同步精度。
对本公开实施例提供的时钟同步的方法，采用量子云平台进行模拟验证。利用一个Hadamard(H)门和一系列CNOT门产生n-qubit(n个量子比特) 的GHZ量子纠缠态，令其在自由演化一段时间D，模拟量子比特在量子信道中传输，到达Bob端。在Bob端对第一个量子比特施加一个H门并测量输出结果，模拟Bob采用测量基|±>进行状态测量。测量次数选取N＝8192 次，如图4所示，图4为状态概率P+随传输时延D的变化曲线示意图，量子比特数量n＝2，n＝4，n＝6，分别的模拟结果与对应的理论曲线一致。从理论曲线上可以看出，对于相同的状态概率P的测量偏差，量子比特数量n 越大，对应的传输时延D的偏差越小。并且其方差与理论分析
Figure RE-GDA0002940643270000112
十分接近，该结果表明本公开实施例提供的量子纠缠单向时间同步协议的理论同步精度可以突破SQL，逼近海森堡极限。
结合图5所示，本公开实施例提供一种用于时钟同步的装置，包括处理器(processor)100和存储有程序指令的存储器(memory)101。可选地，该装置还可以包括通信接口(Communication Interface)102和总线103。其中，处理器100、通信接口102、存储器101可以通过总线103完成相互间的通信。通信接口102可以用于信息传输。处理器100可以调用存储器101 中的程序指令，以执行上述实施例的用于时钟同步的方法。
此外，上述的存储器101中的程序指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器101作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器 100通过运行存储在存储器101中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于时钟同步的方法。
存储器101可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器101可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
采用本公开实施例提供的用于时钟同步的装置，能够接收主设备发送的量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息，并获得该量子纠缠态的接收时刻信息；根据量子纠缠态获取传输时延，并根据发送时刻信息、传输时延和接收时刻信息进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。
本公开实施例提供了一种设备，包含上述的用于时钟同步的装置。
可选地，设备包括路由器、交换机等通信设备。
该设备能够接收主设备发送的量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息，并获得该量子纠缠态的接收时刻信息；根据量子纠缠态获取传输时延，并根据发送时刻信息、传输时延和接收时刻信息进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。
结合图6所示，本公开实施例提供一种用于时钟同步的系统，包括主设备1和从设备2；
主设备1，被配置为制备量子纠缠态，并将量子纠缠态及其对应的发送时刻信息发送给从设备，触发从设备进行时钟同步；
从设备2，被配置为接收量子纠缠态及量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据量子纠缠态确定传输时延；根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
可选地，主设备1包括时钟控制单元11；从设备2包括时钟控制单元 21。
可选地，主设备1与从设备2之间的频率是同步的。拥有标准时间信息的主设备制备由n-qubit(n个量子比特)组成的GHZ量子纠缠态
Figure RE-GDA0002940643270000131
其密度矩阵表示为
Figure RE-GDA0002940643270000132
可选地，主设备通过量子信道将n-qubit的GHZ量子纠缠态 |q1>,|q2>……,|qn>发送给从设备；可选地，主设备1的时钟控制单元11通过经典信道将Q-sync量子同步报文发送给从设备2的时钟控制单元21；可选地，Q-sync量子同步报文包括qubit的发送时刻信息
Figure RE-GDA0002940643270000133
和自身的时钟等级。 Qubit传输过程中传输时延D达到从设备处，单个量子比特随时间演化遵循薛定谔方程
Figure RE-GDA0002940643270000134
自由演化的哈密顿量可以表示为
Figure RE-GDA0002940643270000135
因此从设备接收到的qubit的密度矩阵为
Figure RE-GDA0002940643270000136
可选地，从设备接收到qubit和合法的Q-sync报文则判定该qubit是有效的。从设备接收到有效的qubit，并以自己的时钟基准记录下接收时刻信息
Figure RE-GDA0002940643270000137
从设备的时钟控制单元21通过测量基|±>，即
Figure RE-GDA0002940643270000138
对第一个量子比特|q1>进行测量，得到该量子比特的状态，该量子比特的状态即为对应量子纠缠态的状态。从设备根据各量子纠缠态的状态计算量子纠缠态的状态概率；根据量子纠缠态的状态概率和从设备与主设备的相位差计算传输时延；并根据发送时刻信息、传输时延和量子纠缠态的接收时刻信息计算从设备与主设备的时钟差。从设备根据时钟差进行时钟校准自己的时钟。
采用本公开实施例提供的用于时钟同步的系统，能够通过主设备发送量子纠缠态及该量子纠缠态对应的发送时刻信息给从设备，同时，从设备获得该量子纠缠态的接收时刻信息；从设备根据量子纠缠态获取传输时延，并根据发送时刻信息、传输时延和接收时刻信息进行时钟同步。利用量子比特的纠缠特性，通过主设备将量子纠缠态单向传输给从设备，从设备利用量子纠缠态获得的传输时延，并结合发送时刻和接收时刻进行时钟同步，提高了时钟同步的精度。
在一些实施例中，主设备拥有标准时间信息；从设备需要进行时钟同步。主设备和从设备之间的频率是同步的。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行上述用于时钟同步的方法。
本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述用于时钟同步的方法。
上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (10)

1.一种用于时钟同步的方法，应用于从设备侧，其特征在于，包括：
接收主设备发送的量子纠缠态及所述量子纠缠态的发送时刻信息；
根据所述量子纠缠态确定传输时延；
根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述量子纠缠态确定传输时延，包括：
根据所述量子纠缠态的状态概率和所述从设备与所述主设备的相位差计算传输时延。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述量子纠缠态的状态概率包括正态概率或负态概率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述量子纠缠态的状态概率和所述从设备与所述主设备的相位差计算传输时延，包括：
获取传输时延先验值Dpri；
在nωDpri-φ0∈[2mπ,(2m+1)π)的情况下，计算
Figure FDA0002823069850000011
获得传输时延；或者，计算
Figure FDA0002823069850000012
获得传输时延；
在nωDpri-φ0∈[(2m+1)π，(2m+2)π)的情况下，计算
Figure FDA0002823069850000013
获得传输时延；或者，计算
Figure FDA0002823069850000014
获得传输时延；
其中，D表示传输时延，P+表示正态概率，P-表示负态概率，n表示量子纠缠态中量子比特的数量，ω为两个量子纠缠态能级间对应的跃迁频率，φo表示从设备与主设备的相位差；m为非负整数；Dpri表示传输时延先验值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述正态概率通过以下方式确定：
通过计算
Figure FDA0002823069850000021
获得正态概率P+；
所述负态概率通过以下方式确定：
通过计算P-＝1-P+获得负态概率P-；
其中，N表示接收到的量子纠缠态的数量，N+表示接收到的量子纠缠态为正态的数量。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步，包括：
计算
Figure FDA0002823069850000022
得到所述从设备与所述主设备之间的时钟差；其中，Δ表示从设备与主设备之间的时钟差，D为传输时延，
Figure FDA0002823069850000023
为量子纠缠态的接收时刻信息，
Figure FDA0002823069850000024
为量子纠缠态的发送时刻信息；
根据所述时钟差进行时钟同步。
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，主设备通过以下方式确定：
获取多个量子纠缠态发送设备发送的时钟等级；
将时钟等级最高的量子纠缠态发送设备确定为主设备。
8.一种用于时钟同步的装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至7任一项所述的用于时钟同步的方法。
9.一种设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的用于时钟同步的装置。
10.一种用于时钟同步的系统，其特征在于，包括主设备和从设备；
所述主设备，被配置为制备量子纠缠态，并将所述量子纠缠态及其对应的发送时刻信息发送给从设备，触发所述从设备进行时钟同步；
所述从设备，被配置为接收所述量子纠缠态及所述量子纠缠态对应的发送时刻信息；根据所述量子纠缠态确定传输时延；根据所述发送时刻信息、所述传输时延和所述量子纠缠态的接收时刻信息进行时钟同步。
CN202011422480.2A 2020-12-08 2020-12-08 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统 Active CN112615693B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011422480.2A CN112615693B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011422480.2A CN112615693B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112615693A true CN112615693A (zh) 2021-04-06
CN112615693B CN112615693B (zh) 2022-08-05

Family

ID=75229617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011422480.2A Active CN112615693B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112615693B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346971A (zh) * 2021-05-27 2021-09-03 南京工业职业技术大学 一种基于量子纠缠的时钟同步方法
CN113472451A (zh) * 2021-06-29 2021-10-01 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 机固互联的量子时间同步方法
CN115144736A (zh) * 2022-09-01 2022-10-04 合肥本源量子计算科技有限责任公司 量子芯片的测试方法、装置以及量子计算机
CN116015479A (zh) * 2023-02-03 2023-04-25 福州大学 电力系统量子时间同步方法
CN116458872A (zh) * 2023-06-13 2023-07-21 汶上县人民医院 一种呼吸数据的分析方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150123720A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Raytheon Company Quantum clocks for a master/slave clock architecture
CN109547145A (zh) * 2018-12-31 2019-03-29 华南师范大学 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法
US20200084033A1 (en) * 2018-09-12 2020-03-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Quantum Secure Clock Synchronization Based On Time-Energy And Polarization Entangled Photon Pairs
CN111698038A (zh) * 2020-05-27 2020-09-22 中国科学院国家授时中心 一种可级联的量子时间同步方法
CN211860124U (zh) * 2020-04-03 2020-11-03 科大国盾量子技术股份有限公司 一种用于量子通信的时间同步系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150123720A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-07 Raytheon Company Quantum clocks for a master/slave clock architecture
US20200084033A1 (en) * 2018-09-12 2020-03-12 Board Of Regents, The University Of Texas System Quantum Secure Clock Synchronization Based On Time-Energy And Polarization Entangled Photon Pairs
CN109547145A (zh) * 2018-12-31 2019-03-29 华南师范大学 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法
CN211860124U (zh) * 2020-04-03 2020-11-03 科大国盾量子技术股份有限公司 一种用于量子通信的时间同步系统
CN111698038A (zh) * 2020-05-27 2020-09-22 中国科学院国家授时中心 一种可级联的量子时间同步方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张应贤: "基于量子纠缠交换的分布式网络时钟同步技术研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 基础科学辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346971A (zh) * 2021-05-27 2021-09-03 南京工业职业技术大学 一种基于量子纠缠的时钟同步方法
CN113472451A (zh) * 2021-06-29 2021-10-01 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 机固互联的量子时间同步方法
CN115144736A (zh) * 2022-09-01 2022-10-04 合肥本源量子计算科技有限责任公司 量子芯片的测试方法、装置以及量子计算机
CN115144736B (zh) * 2022-09-01 2022-12-06 合肥本源量子计算科技有限责任公司 量子芯片的测试方法、装置以及量子计算机
CN116015479A (zh) * 2023-02-03 2023-04-25 福州大学 电力系统量子时间同步方法
CN116458872A (zh) * 2023-06-13 2023-07-21 汶上县人民医院 一种呼吸数据的分析方法及系统
CN116458872B (zh) * 2023-06-13 2023-09-05 汶上县人民医院 一种呼吸数据的分析方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN112615693B (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112615693B (zh) 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统
EP3284217B1 (en) Methods, systems, and computer readable medium for synchronizing timing among network interface cards (nics) in a network equipment test device
CN101933285B (zh) 用于实现物理层密钥生成的方法和装置
US9686169B2 (en) Real-time highly accurate network latency measurement with low generated traffic or data requirements
CN110417502B (zh) 一种区块链节点时钟共识方法及装置
US9319054B2 (en) Systems and methods utilizing randomized clock rates to reduce systematic time-stamp granularity errors in network packet communications
CN102647270B (zh) 航空电子设备网络中的自由运转节点的时间同步方法
EP1215559B1 (en) Method and system for time synchronization
JP5161363B2 (ja) 非同期分散システムにおけるクロックの同期
US9270607B2 (en) Method and devices for packet selection
CN113067740B (zh) 随路性能检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质
EP2599247B1 (en) Method and device for processing data on a connection between two nodes of a communication network
CN106161121B (zh) 一种报文转发时延的测量方法、装置及系统
EP2627040B1 (en) Method for eliminating systematical error components in a set of one-way delay measurement results for communications between two or more computing systems in a communication network, apparatus for performing the method and computer program product
WO2023231426A1 (zh) 时延测量方法及其装置、存储介质、程序产品
US20200162179A1 (en) Nanosecond accuracy of timestamping by leveraging alignment marker and method for producing the same
Woo Analysis of proximity-1 space link interleaved time synchronization (PITS) protocol
Holzinger et al. Precise real-time monitoring of time-critical flows
Luo et al. Exploring uncertainties of transmission, reception delays for underwater acoustic networks
Renal et al. Practical aspects of testing Phasor Data Concentrators for wide area monitoring systems
EP3080951B1 (en) Method and devices for packet selection
CN113890841B (zh) 高效的大规模单向延迟测量方法及装置
WO2024055584A1 (zh) 时延测量方法、电子设备、计算机可读介质
Liu A novel method for estimating the relative clock offset between skew-free clocks
Uwase et al. Experimental evaluation of message latency and power usage in WSNs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant