CN116054988A - 纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备，纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步量子源宿节点；所述方法包括：确定所述纠缠分发网络的时钟源；根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述源宿节点的基础时钟进行初始同步；确定待同步源宿节点，接收待同步源宿节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。本申请基于节点不同的同步需求，通过控制中心判断的方式，采取不同的纠缠分发或纠缠交换方法，实现了节点间的时间同步，进而实现了源宿纠缠网络的全网同步，具有同步距离远，同步精度较高的优点，并且具有较高的安全性。

Description

纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备

技术领域

本申请涉及量子信息与光通信技术领域，尤其涉及一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备。

背景技术

随着通讯行业的快速发展，无线通讯已经发展到5G，对时间同步要求的精度已经达到几十纳秒量级。未来6G以及光通信进入Tbits，发展会有更高的时间同步需求。经典同步技术方案受到标准量子极限的限制，精度难以大幅度提升。由此，提出了量子同步技术，量子同步技术是将量子技术与同步技术相结合产生的新型技术，通过对量子态的制备、调控和探测获取频率和时间同步信息。

然而，目前基于量子纠缠技术的时间同步方案大多对传输网络有严格的要求，比如在网络中需插入随时间递增或递减的可变时延或者要求传输链路的时延或者折射率可动态调节，但在实际网络中很难实现。因此，给量子同步技术的实施带来了很多不利的影响。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备。

基于上述目的，本申请提供了一种纠缠分发网络中源宿节点时间同步方法，所述源宿节点包括源节点和宿节点，所述源节点为发送原始数据包的网络节点，所述宿节点为接收数据包的网络节点，所述纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步节点，所述时间参考节点为所述源节点，所述待同步节点为所述宿节点；所述方法包括：

确定所述纠缠分发网络的时钟源；

根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行初始同步；

确定所述待同步节点，接收所述待同步节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

可选的，所述根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行同步之前，还包括：

基于预设纠缠分发距离建立多个所述待同步节点的网络拓扑图。

可选的，所述方法，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步。

可选的，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第一同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠态粒子和第二纠缠态粒子，根据所述第一同步拓扑图将所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点和所述控制中心；其中，所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子相互纠缠；

根据所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子，建立所述待同步节点和所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布；

根据所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述控制中心的时间同步。

可选的，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第二同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠对和第二纠缠对；根据所述第二同步拓扑图，将所述第三纠缠态粒子分发至所述时间参考节点，所述第四纠缠态粒子和所述第五纠缠态粒子分发至所述控制中心，所述第六纠缠态粒子分发至所述待同步节点，响应于确定分发成功建立所述待同步节点、所述时间参考节点和所述控制中心的通信信道；其中，所述第一纠缠对包括第三纠缠态粒子和第四纠缠态粒子，所述第二纠缠对包括第五纠缠态粒子和第六纠缠态粒子；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第六纠缠态粒子的第二叠加态的概率分布；

根据所述第六纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述时间参考节点的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步源宿节点和所述时间参考节点的时间同步。

可选的，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的所述时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步，包括：

确定所述控制中心的数量，响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第三同步拓扑图；

根据所述第三同步拓扑图中所述控制中心的数量确定若干EPR源；通过EPR源确定若干纠缠态粒子，并将若干所述纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点、所述时间参考节点以及若干所述控制中心；其中，所述所述待同步节点和所述时间参考节点分别分发一个所述纠缠态粒子，任一所述控制中心分发两个纠缠态粒子；

根据若干所述纠缠态粒子、所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心，建立所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点所对应的所述纠缠态粒子的第三叠加态的概率分布；

根据所述纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述时间参考节点的时间同步。

可选的，所述方法，包括：

所述时间同步协议为PTP协议或NTP协议。

基于同一发明构思，本申请示例性实施例还提供了一种纠缠分发网络中源宿节点时间同步装置，其特征在于，所述源宿节点包括源节点和宿节点，所述源节点为发送原始数据包的网络节点，所述宿节点为接收数据包的网络节点，所述纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步量子源宿节点，所述时间参考节点为所述源节点，所述待同步节点为所述宿节点，所述装置包括：

确定模块，被配置为确定所述纠缠分发网络的时钟源；

第一同步模块，被配置为根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行初始同步；

第二同步模块，被配置为确定所述待同步节点，接收待同步节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

基于同一发明构思，本申请示例性实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如上任意一项所述的纠缠分发网络中源宿节点时间同步方法。

基于同一发明构思，本申请示例性实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据如上任意一项所述的纠缠分发网络中源宿节点时间同步方法。

从上面所述可以看出，本申请提供的一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法及相关设备，其中，纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法中所述纠缠分发网络包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步节点；具体的，所述方法包括：通过控制中心判断具有同步需求的待同步节点的同步业务类型，并采用对应的纠缠分发或纠缠交换方法，完成纠缠分发网络中用户间端到端的时间同步业务。本申请基于节点不同的同步需求，通过控制中心判断的方式，采取不同的纠缠分发或纠缠交换方法，实现了节点间的时间同步，进而实现了量子纠缠网络的全网同步，并且具有同步距离远，同步精度较高的优点，并且具有较高的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的纠缠分发网络中源宿节点时间同步方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的纠缠分发网络的拓扑图；

图3为本申请实施例的第一同步拓扑图的结构示意图；

图4为本申请实施例的第一同步拓扑图的实施流程示意图；

图5为本申请实施例的第二同步拓扑图的结构示意图；

图6为本申请实施例的第二同步拓扑图的实施流程示意图；

图7为本申请实施例的第三同步拓扑图的结构示意图；

图8为本申请实施例的第三同步拓扑图的实施流程示意图；

图9为本申请实施例的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步装置的结构示意图；

图10为本申请实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，目前基于量子纠缠技术的时间同步方案大多对传输网络有严格的要求，比如在网络中需插入随时间递增或递减的可变时延或者要求传输链路的时延或者折射率可动态调节，但在实际网络中很难实现。因此，给量子同步技术的实施带来了很多不利的影响。

正因如此，本申请提供的一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法、装置、电子设备及存储介质，其中，纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法中所述纠缠分发网络包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的量子节点；具体的，所述方法包括：通过控制中心判断具有同步需求的节点的同步业务类型，并采用对应的纠缠分发或纠缠交换方法，完成网络中用户间端到端的时间同步业务。其中，量子纠缠交换(Quantum Swapping)是纠缠态的隐形传输，它是对两个纠缠系统的局部粒子做联合基测量来实现另外两个局部的纠缠。源于纠缠态的制备过程是纠缠态作为实现同步的载体的基础。在自发参量下转换过程中，泵浦光入射到非线性晶体上时，泵浦光辐射的每一个光子在被非线性晶体散射的过程中会转化为频率较低的两个具有纠缠特性的光子，一个是信号光子、另一个是闲置光子。这一对光子就称为自发参量下转换双光子，二者产生的时间差小于皮秒，故可认为纠缠对中的两个光子是同时产生的，这为高精度定位和时钟同步测量提供了理论和实验依据。因而，只要能确保时钟的稳定性，便可使一对纠缠态用于授时系统。由于量子时钟是基于量子纠缠特性研究的，故可依据海森堡测不准原理和量子不可克隆定理为系统提供安全性保障。

下面通过具体的实施例来对本申请实施例所提供的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法进行具体说明。

图1示出了本申请实施例所提供的一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法的示例性流程示意图。

参考图1，本申请实施例所提供的一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法具体包括以下步骤：

步骤101、确定所述纠缠分发网络的时钟源；

步骤102、根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行初始同步；

步骤103、确定待同步节点，接收待同步节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

在所述步骤102中，所述纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步节点。在一些可选的实施方式中根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行同步之前，还要基于预设纠缠分发距离建立如图2所示的所述多个源宿节点和控制心中的网络拓扑图，并根据所述网络拓扑图进行时间同步。其中，图2中S1-S8为控制节点，A、B、C为源宿节点，控制节点S1-S8相互连接，节点A、C与控制中心S1相连，节点B与控制中心S5相连。

进一步的，所述时间同步协议为PTP协议或NTP协议或其他具有同等效果的时间同步协议。其中，PTP为精确时间协议，是一种用于在整个计算机网络中同步时钟的协议，NTP即网络时间协议(Network Time Protocol)，用于通过数据包交换的可变延迟数据网络在计算机系统之间进行时钟同步。

在一些可选的实施方式中，所述根据所述同步请求的类型进行时间同步，包括：响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差进行时间同步；响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步源宿节点与同属一个控制中心的时间参考源宿节点进行时间同步，计算所述待同步源宿节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差进行时间同步；响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的其他节点进行时间同步，计算所述待同步节点与跨控制中心的所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步。

在一些可选的实施方式中，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差进行时间同步，包括：响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，通过EPR源确定第一纠缠态粒子和第二纠缠态粒子，并将所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点和所述控制中心；其中，所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子相互纠缠；根据所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子，建立所述待同步节点和所述控制中心的通信信道；所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步源宿节点中所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布；根据所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布，确定所述待同步源宿节点和所述控制中心的时间差；根据所述时间差对所述待同步源宿节点的时钟进行修正，以实现所述待同步源宿节点和所述控制中心的时间同步。

具体的，根据如图2所示的拓扑图，当确定节点C为待同步节点，A为时间参考节点，节点A、C与控制中心S1相连，并根据连接情况确定如图3所示的同步拓扑图，即本申请的第一同步拓扑图。参考如图4所示的流程图，当确定同步业务到达待同步节点在节点C与控制中心S1使用一个EPR源制备一对纠缠态，将粒子1发送给待同步节点C，粒子2发送给控制中心S1，即节点C与控制中心S1共享同一对纠缠态粒子，建立待同步节点C与控制中心S1的量子信道。进一步的，控制中心S1在自身时钟的t_S1＝0时刻对自己所持粒子2进行联合Bell测量，量子态坍缩，并且开始随时间开始演化；与此同时，由于粒子1、2相互纠缠，因此节点C持有的粒子1的量子态也坍缩并且开始随时间演化。紧接着控制中心S1通过经典信道向待同步节点C发送时间同步报文，时间戳记录信息t_S1。

更进一步的，待同步节点在自身时钟t_C＝0时刻(假设晚于t_S1)对所持粒子1的量子态进行测量，粒子1为|±>态的概率分布为

Δt＝t_S1-t_C。统计粒子1所处|+>，|->的概率并计算得出Δt，修改粒子1的时间t_C＝t_C+Δt，完成与控制中心S1的同步。其中，|±>为叠加态，即上述的第一叠加态和第二叠加态，|+>为基态，|->为激发态。需要说明额定是，本申请中的第一叠加态和第二叠加态中的第一、第二并不具有任何技术含义，而只是用来区分两个叠加态。

在一些可选的实施方式中，参考如图3所示的流程图，响应于确定待同步双方，C节点与控制中心S1都未收到纠缠态粒子，即粒子分发不成功时，向时间参考节点发出分发不成功的反馈，当时间参考节点收到分发不成功反馈后重新进行粒子的分发。

在一些可选的实施方式中，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的目标时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述目标时间参考节点的时间差，根据所述时间差进行时间同步，包括：响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步源宿节点与所述时间参考节点进行时间同步，通过EPR源确定第一纠缠对和第二纠缠对；其中，所述第一纠缠对包括第三纠缠态粒子、第四纠缠态粒子、第五纠缠态粒子以及第六纠缠态粒子；将所述第三纠缠态粒子分发至所述时间参考节点，所述第四纠缠态粒子和所述第五纠缠态粒子分发至所述控制中心，所述第六纠缠态粒子分发至所述待同步节点，建立所述待同步节点、所述时间参考节点和所述控制中心的通信信道；所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第六纠缠态粒子的叠加态的概率分布；根据所述第六纠缠态粒子的叠加态概率分布，确定所述待同步节点和所述时间参考节点的时间差；根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述时间参考节点的时间同步。

具体的，根据如图2所示的拓扑图，当确定时间参考节点为节点A，待同步节点为节点C，S1为连接时间参考节点A和待同步节点C的控制中心时，根据连接情况确定如图5所示的同步拓扑图，即本申请的第二同步拓扑图。参考如图6所示的流程图，当确定同步业务到达待同步节点，在控制中心S1与其所属节点间分发包含纠缠粒子的纠缠对，构建量子信道。其中，第一纠缠对包括粒子3、4，第二纠缠对包括粒子5、6，将粒子4、5分发给控制中心S1，将粒子3、6分别分发给时间参考节点A和待同步节点C。响应于确定待同步双方(A、C节点)与控制中心S1都确定收到纠缠粒子时，S1与节点A、C量子信道成功建立，进行下一步时间同步。

进一步的，如图2所示的拓扑图，同步业务到达待同步节点C时，待同步节点C向控制中心S1发送同步请求，检测到待同步节点C需与同属于控制中心S1的时间参考节点A同步。在粒子分发成功，信道安全的情况下，在控制中心S1处对粒子4、5进行联合Bell基测量，则待同步节点C与时间参考节点A所持粒子6、3会产生纠缠，而S1处所持粒子4、5也会产生纠缠。时间参考节点A在自身时钟t_A＝0时刻对自己所持粒子1进行测量，量子态坍缩，并且开始随时间开始演化；与此同时，由于粒子3、6相互纠缠，因此节点C持有的粒子6的量子态也坍缩并且开始随时间演化。其中，时间参考节点A通过经典信道向待同步节点C发送时间同步报文，并将时间戳记录信息t_A。

需要说明的是，联合Bell基测量的作用为使不纠缠的粒子产生纠缠，例如，有节点Alice和节点Bob两个节点，一开始节点Alice上有A1和A2两个粒子是纠缠的，另一节点Bob上B1和B2两个粒子也是纠缠的，但Alice和Bob的粒子之间不纠缠，Alice和Bob可以分别把A2和B2两个粒子(通常是光子)发送到一个约定地点进行Bell基测量，以测量消耗掉A2和B2两个粒子为代价，就可以让处于不同节点的原本不纠缠的A1和B1两个粒子纠缠起来。

更进一步的，待同步节点C在自身时钟t_C＝0时刻(假设晚于t_A)对所持粒子6的量子态进行测量，粒子6为|±>态的概率分布为

Δt＝t_A-t_C。统计粒子6所处|+>，|->两态的概率并计算得出Δt，根据Δt修改C处时间，具体修改方式为t_C＝t_C+Δt，从而完成与时间参考节点A的同步。

在一些可选的实施方式中，参考如图6所示的流程图，响应于确定待同步节点A、C与控制中心S1都未收到纠缠态粒子，即粒子分发不成功时，向时间参考节点发出分发不成功的反馈，当时间参考节点收到分发不成功反馈后重新进行粒子的分发。

在一些可选的实施方式中，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的其他节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述其他源宿节点的时间差，根据所述时间差修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，通过EPR源确定若干纠缠态粒子，并将若干所述纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点、所述其他节点以及若干所述控制中心；其中，所述所述待同步节点和所述时间参考节点分别分发一个所述纠缠态粒子，任一所述控制中心分发两个纠缠态粒子；根据若干所述纠缠态粒子、所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心，建立所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心的通信信道；所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点所对应的所述纠缠态粒子的叠加态的概率分布；根据所述纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述其他节点的时间同步。

具体的，根据如图2所示的拓扑图，当确定时间参考节点为节点C，待同步节点为节点B时确定时间参考节点C和待同步节点B之间的最短路径，根据如图2所示的拓扑图，可以看出时间参考节点C经过控制中心S1、S3、S5到节点B路径所含节点最少、路径最短，并根据节点与控制中心的连接情况确定如图7所示的同步拓扑图，即本申请的第三同步拓扑图。参考如图8所示的流程图，当确定同步业务到达待同步节点后确定控制中心的数量，并根据控制中心的数量确定制备粒子的EPR源。其中，EPR源的数量比控制中心数量多一个，即当EPR源的数量为n个时，控制中心的数量为n+1个，因此，在本申请中，控制中心的数量为3个，则EPR源的数量为4个，每一个EPR源包括有2个粒子，则有粒子1、2、3、4、5、6、7、8，共8个粒子，并且分别将粒子1、2分发给待同步节点C与其控制中心S1，粒子3、4分发给控制中心S1、S2……最后将第7，8个粒子分发给控制中心S3与时间参考节点B，从而在节点间形成量子信道。

在一些可选的实施方式中，完成粒子的分发后检测每对粒子是否分发成功，确定粒子分发成功，则根据粒子对待同步节点进行时间同步。时间同步具体包括：分别在每个控制中心S1、S3、S5处对控制中心所持的粒子进行联合Bell基测量，最终使待同步节点C与时间参考节点B所持粒子1和8产生纠缠。时间参考节点B在自身时钟t_B＝0时刻对自己所持粒子8进行测量，量子态坍缩，并且开始随时间开始演化；与此同时，由于粒子1与8相互纠缠，因此粒子1的量子态也坍缩并且开始随时间演化。同时，时间参考节点B通过经典信道向待同步节点C发送时间同步报文，时间戳记录信息t_B。

进一步的，待同步节点C在自身时钟t_C＝0时刻(假设晚于t_B)对所持粒子1的量子态进行测量，粒子1为叠加态的概率分布为

Δt＝t_B-t_C，并统计粒子1所处基态、激发态两态的概率并计算得出Δt，同时修改待同步节点C的时间t_C＝t_C+Δt，从而完成与时间参考节点B的同步。

在一些可选的实施方式中，参考如图8所示的流程图，响应于确定待同步节点A、B以及控制中心S1、S3、S5都未收到纠缠态粒子，即纠缠态粒子分发不成功时，向时间参考节点发出分发不成功的反馈，当时间参考节点收到分发不成功反馈后重新进行纠缠态粒子的分发。

从上面所述可以看出，本申请提供的一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法中所述纠缠分发网络包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步节点；具体的，所述方法包括：通过控制中心判断具有同步需求的节点的同步业务类型，并采用对应的纠缠分发或纠缠交换方法，完成纠缠分发网络中用户间端到端的时间同步业务。本申请基于节点不同的同步需求，通过控制中心判断的方式，采取不同的纠缠分发或纠缠交换方法，实现了节点间的时间同步，进而实现了网络的全网同步，并且具有同步距离远，同步精度较高的优点，并且具有较高的安全性。

需要说明的是，本申请实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本申请实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种纠缠分发网络中源宿节点间时间同步装置。

参考图9，所述纠缠分发网络中源宿节点间时间同步装置，包括：

确定模块901，被配置为确定所述纠缠分发网络的时钟源；

第一同步模块902，被配置为根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述源宿节点的基础时钟进行初始同步；

第二同步模块903，被配置为确定待同步源宿节点，接收待同步源宿节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

在一些实施方式中，第一同步模块902，还被配置为：

基于预设纠缠分发距离建立多个所述待同步节点的网络拓扑图。

在一些实施方式中，第二同步模块903，被配置为：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步。

在一些实施方式中，第二同步模块903，被配置为：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第一同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠态粒子和第二纠缠态粒子，根据所述第一同步拓扑图将所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点和所述控制中心；其中，所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子相互纠缠；

根据所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子，建立所述待同步节点和所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布；

根据所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述控制中心的时间同步。

在一些实施方式中，第二同步模块903，被配置为：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第二同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠对和第二纠缠对；根据所述第二同步拓扑图，将所述第三纠缠态粒子分发至所述时间参考节点，所述第四纠缠态粒子和所述第五纠缠态粒子分发至所述控制中心，所述第六纠缠态粒子分发至所述待同步节点，响应于确定分发成功建立所述待同步节点、所述时间参考节点和所述控制中心的通信信道；其中，所述第一纠缠对包括第三纠缠态粒子和第四纠缠态粒子，所述第二纠缠对包括第五纠缠态粒子和第六纠缠态粒子；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第六纠缠态粒子的第二叠加态的概率分布；

根据所述第六纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述时间参考节点的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步源宿节点和所述时间参考节点的时间同步。

在一些实施方式中，第二同步模块903，被配置为：

确定所述控制中心的数量，响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第三同步拓扑图；

根据所述第三同步拓扑图中所述控制中心的数量确定若干EPR源；通过EPR源确定若干纠缠态粒子，并将若干所述纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点、所述时间参考节点以及若干所述控制中心；其中，所述所述待同步节点和所述时间参考节点分别分发一个所述纠缠态粒子，任一所述控制中心分发两个纠缠态粒子；

根据若干所述纠缠态粒子、所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心，建立所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点所对应的所述纠缠态粒子的第三叠加态的概率分布；

根据所述纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述时间参考节点的时间同步。

在一些实施方式中，第二同步模块903，还被配置为：

所述时间同步协议为PTP协议或NTP协议。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述任一实施例中相应的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上任意一实施例所述的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法。

图10示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述任一实施例中相应的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，与上述任意实施例方法相对应的，本申请还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述实施例的存储介质存储的计算机指令用于使所述计算机执行如上任一实施例所述的纠缠分发网络中源宿节点间时间同步方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纠缠分发网络中源宿节点时间同步方法，其特征在于，所述源宿节点包括源节点和宿节点，所述源节点为发送原始数据包的网络节点，所述宿节点为接收数据包的网络节点，所述纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步节点，所述时间参考节点为所述源节点，所述待同步节点为所述宿节点；所述方法包括：

确定所述纠缠分发网络的时钟源；

根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行初始同步；

确定所述待同步节点，接收所述待同步节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行同步之前，还包括：

基于预设纠缠分发距离建立多个所述待同步节点的网络拓扑图。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步；

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，计算所述待同步节点与所述控制中心的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与任一所述控制中心进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第一同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠态粒子和第二纠缠态粒子，根据所述第一同步拓扑图将所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点和所述控制中心；其中，所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子相互纠缠；

根据所述第一纠缠态粒子和所述第二纠缠态粒子，建立所述待同步节点和所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布；

根据所述第一纠缠态粒子的第一叠加态的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述控制中心的时间同步。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与同属一个控制中心的时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图进行时间同步，包括：

响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第二同步拓扑图；

通过EPR源确定第一纠缠对和第二纠缠对；根据所述第二同步拓扑图，将所述第三纠缠态粒子分发至所述时间参考节点，所述第四纠缠态粒子和所述第五纠缠态粒子分发至所述控制中心，所述第六纠缠态粒子分发至所述待同步节点，响应于确定分发成功建立所述待同步节点、所述时间参考节点和所述控制中心的通信信道；其中，所述第一纠缠对包括第三纠缠态粒子和第四纠缠态粒子，所述第二纠缠对包括第五纠缠态粒子和第六纠缠态粒子；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点中所述第六纠缠态粒子的第二叠加态的概率分布；

根据所述第六纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述时间参考节点的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步源宿节点和所述时间参考节点的时间同步。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与跨控制中心的所述时间参考节点进行时间同步，计算所述待同步节点与所述时间参考节点的时间差，根据所述时间差和所述网络拓扑图修正所述待同步节点的时钟，以使所述待同步节点与所述时间参考节点实现时间同步，包括：

确定所述控制中心的数量，响应于确定所述同步请求的类型为所述待同步节点与所述时间参考节点进行时间同步，根据所述网络拓扑图确定第三同步拓扑图；

根据所述第三同步拓扑图中所述控制中心的数量确定若干EPR源；通过EPR源确定若干纠缠态粒子，并将若干所述纠缠态粒子分别分发至所述待同步节点、所述时间参考节点以及若干所述控制中心；其中，所述所述待同步节点和所述时间参考节点分别分发一个所述纠缠态粒子，任一所述控制中心分发两个纠缠态粒子；

根据若干所述纠缠态粒子、所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心，建立所述待同步节点、所述时间参考节点以及所述控制中心的通信信道；

所述待同步节点通过所述通信信道，接收时间同步报文，并获取当前时间戳，根据所述当前时间戳确定所述待同步节点所对应的所述纠缠态粒子的第三叠加态的概率分布；

根据所述纠缠态粒子的概率分布，确定所述待同步节点和所述控制中心的时间差；

根据所述时间差对所述待同步节点的时钟进行修正，以实现所述待同步节点和所述时间参考节点的时间同步。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，包括：

所述时间同步协议为PTP协议或NTP协议。

8.一种纠缠分发网络中源宿节点时间同步装置，其特征在于，所述源宿节点包括源节点和宿节点，所述源节点为发送原始数据包的网络节点，所述宿节点为接收数据包的网络节点，所述纠缠分发网络中包括若干控制中心，以及与所述控制中心连接的时间参考节点和待同步量子源宿节点，所述时间参考节点为所述源节点，所述待同步节点为所述宿节点，所述装置包括：

确定模块，被配置为确定所述纠缠分发网络的时钟源；

第一同步模块，被配置为根据所述时钟源，通过时间同步协议对任一所述待同步节点的基础时钟进行初始同步；

第二同步模块，被配置为确定所述待同步节点，接收待同步节点的同步请求，确定所述同步请求的类型，并根据所述同步请求的类型进行时间同步。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现根据权利要求1至7中任意一项所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行根据权利要求1至7中任意一项所述的方法。

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