KR102528604B1 - 편광 얽힘 ghz 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템과 방법 - Google Patents

편광 얽힘 ghz 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템을 제공한다. 여기에는 제1 동기화측, 제2 동기화측 및 방출측이 포함된다. 상기 제1 동기화측과 제2 동기화측은 고전적 채널을 통해 연결된다. 방출측과 제1 동기화측은 양자 채널을 통해 연결된다. 방출측과 제2 동기화측은 양자 채널과 고전적 채널을 통해 연결된다. 여기에서 상기 방출측은 3개의 광자 편광 얽힘 GHZ 상태의 제조를 구현하며, 그중 하나의 광자 편광 상태를 측정한다. 상기 제1 동기화측과 제2 동기화측은 그 외 2개 광자 편광 상태의 측정을 실행하며, 제2 동기화측과 방출측은 측정 결과를 비교하여 제1 동기화측, 제2 동기화측 간의 측정 선후 정보를 획득한다. 상기 광신호의 전송은 단방향 전송이며, 신호 각 방향의 전송 속도에 대해서는 요구 조건이 없다. 제한을 더 적게 받고, 전송 과정에서 받는 광섬유 불안정성 요인의 영향이 더 작다.

Description

편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템과 방법
본 발명은 양자 정보 및 광통신 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템과 방법에 관한 것이다.
고정밀 클록 동기화는 기초 과학 연구, 정보 보안, 통신, 내비게이션 및 국토 안보 등과 같은 많은 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 현대 원자 클록 기술의 지속적인 발전으로 인해 클록의 정확도는 10-18s에 이르렀다. 이에 반해 클록 동기화 기술의 정확도는 10-9s에 불과해 클록 자체의 정확도에 훨씬 못 미친다. 정밀 시간의 적용에서 클록 동기화 기술의 해상도와 정확도는 주요 제한 요소가 되었다. 따라서 클록 동기화 기술의 정확도를 향상시키기 위한 연구가 연구자들의 관심을 받고 있다.
공간 분리 클록의 시간 동기화에는 에딩턴(Eddington) 저속 클록 전송법과 아인슈타인 광신호 교환 동기화법의 2가지 고전적 방법이 있다. 에딩턴 저속 클록 전송에서는 2개의 동일 위상 클록이 처음에 동기화된 후, 이러한 클록 중 하나가 천천히 다른 하나의 위치에 전송되어 다른 하나의 클록을 동기화한다. 현재 대다수의 기술 응용에 있어서 이러한 방법은 실용적이지 않다. 먼저, 이는 하드웨어에 대한 전송을 수행해야 하며, 비용과 효율성이 실제 응용 요건을 충족시키기 어렵다. 다음으로, 기술적 요구 사항이 서로 충돌한다. 한편으로는 상대론적 효과로 인한 시간 팽창의 영향을 줄이기 위해 클록 전송 과정이 가능한 느려야 한다. 그러나 다른 한편으로는 불가피한 시간 오류 및 제한된 주파수 안정성으로 인해 중대한 시간 오차가 발생하지 않도록 가능한 빨리 전송 과정을 완료해야 한다. 이러한 요인은 모두 에딩턴 저속 클록 전송법의 동기화 정확도와 효율성을 개선하기 어렵게 만들고 실제 적용을 제한한다.
현 단계에서 널리 사용되는 시간 동기화 기술은 주로 아인슈타인 프로토콜을 기반으로 한다. 이는 하나의 양방향 프로토콜이며, 공간적으로 분리된 두 클록 간에 고전적인 광신호를 왕복 교환한다. 그러나 아인슈타인 프로토콜은 (1) 단방향 광속의 정확한 값을 알고 있어야 하고, (2) 각 방향 상에서의 신호 전송 속도가 동일하도록 확보해야 한다는 2가지 조건을 반드시 충족시켜야 한다. 그 외, 아인슈타인 클록 동기화 프로토콜의 경우 시간 동기화의 가능한 정확도는 측정 펄스 도달 시간의 정확도△t에 의해 결정된다. 따라서 고전적 방법의 동기화 정확도는△t의 고전적 한계인 산탄 잡음 한계에 의해 제한된다.
산탄 잡음 한계의 측정 정확도 한계를 뛰어넘는 클록 동기화 정확도를 만들기 위해 최근 몇 년 동안 양자역학 원리에 기반한 여러 클록 동기화 방식이 제안되었다. 우리는 양자역학 방법이 고전적인 방법보다 더 높은 클록 동기화 정확도를 제공할 수 있기를 바란다.
2001년에 Chuang은 양자 클록 동기화 알고리즘(QCS)을 제안하였다. 이는 n개 큐비트만 교환하여 클록 차이 △T의 n비트 정확도 수를 획득한다. 고전적 알고리즘에 비해, 상기 양자 알고리즘은 지수적 차수로 개선되었으나, 상기 알고리즘은 양자 컴퓨팅에 의존하고 있어 양자 컴퓨팅이 성숙하기 전에는 이러한 프로토콜을 실제 환경에서 실용화하기 어렵다.
2004년 Bahder와 Golding 등은 2차 양자 간섭 효과를 기반으로 한 양자 동기화 방식을 제안하였다. 상기 방식은 얽힌 빛을 광신호로 사용하고 HOM 간섭계를 이용하여 광신호 간의 상대적 편향을 측정하므로 동기화 정확도가 비교적 높다. 그러나 상기 방식 중 광신호도 양방향 전송이며, 각 방향 상에서의 신호 전송 속도가 동일하도록 보장해야 하므로 그 실용성이 어느 정도 제한된다.
종래 기술에서 예를 들어 특허 201611081905.1은 광섬유 시간 동기화 방법을 이용하여 수신단에서 획득한 시간 신호가 고정확도의 이점을 갖도록 하여 시간 동기화를 정확하게 구현하려고 시도하였으나, 산탄 잡음 한계를 극복하기 어렵다.
종래 기술에서 예를 들어 특허 201810436641.X는 주파수 얽힘 광원을 시간 신호의 캐리어로 사용하여 산탄 잡음 한계를 돌파하려고 시도하였으나, 양방향 전송을 사용하므로 필연적으로 광섬유와 상이한 방향을 따르는 광신호의 전파 속도에 대한 요건이 매우 높다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하여 단방향 전송, 고정확도 및 조정 가능한 정확도를 갖는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
상기 편광 얽힘 GHZ 상태는 양자 상태가
Figure 112021087539469-pct00001
인 3개 광자 편광 얽힘 상태이다. 여기에서
Figure 112021087539469-pct00002
는 수평 편광 상태,
Figure 112021087539469-pct00003
은 수직 편광 상태,
Figure 112021087539469-pct00004
는 정규화 계수를 나타낸다. 양자 역학 이론에 따르면 상기 얽힘 상태 중 임의 하나의 광자의 편광 상태를 측정하면 나머지 2개 광자의 편광 상태가 동일한 상태로 붕괴된다. 즉, 임의 하나의 광자에 대한 편광 상태 측정은 모두 상태
Figure 112021087539469-pct00005
를 동일한 확률로
Figure 112021087539469-pct00006
또는
Figure 112021087539469-pct00007
로 붕괴한다. 또한 상이한 측정 기저는 얽힘 상태를 상이한 측정 기저 상으로 붕괴시킬 수 있다. 예를 들어 상기 얽힘 상태에 대해 Z 기저(즉, 수평과 수직 방향) 측정을 수행하면, 광자 편광 방향도 동일한 확률로 수평 또는 수직방향으로 붕괴될 수 있다. 이에 상응하여, 상기 얽힘 상태에 대해 X 기저(즉, 45도와 135도 방향) 측정을 수행하면, 광자 편광 방향이 동일한 확률로 45도 또는 135도 방향으로 붕괴될 수 있다. 만약 3명의 측정자 중 2명이 동일한 측정 기저를 선택하고 나머지 1명은 그와 다른 측정 기저를 선택하면, 측정 결과에 따라 상이한 측정 기저를 선택한 둘의 측정 선후 순서를 판단할 수 있다.
상기 이진 반복은 2개의 미지수를 점차 동일하게 만들 수 있는 방법이다. 구체적으로 2개의 미지수 x와 y가 |x-y|≤△이고，x와 y의 크기 순서가 항상 알려져 있을 때, X와 Y의 크기 순서에 따라 그 중 하나의 수에 대해 여러 번 가감 연산을 수행하여, 그 수의 값이 다른 하나의 수에 끊임없이 접근하도록 만들 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 미지수 x를 조정하여 이를 y에 접근시키며, 초기 시각이 x>y이면 x=x-△ 연산을 실행하고, 그렇지 않으면 x=x+△ 연산을 실행한다. 연산이 완료된 후 다시 x, y의 크기 순서에 따라 2차 연산을 실행한다. 2차 연산에서도 x는 동일한 규칙에 따라 가감을 수행한다. 차이점은 2차의 변화량을 2를 1로 나누어 △/2가 된다. 이에 상응하도록, 3차, 4차, 5차에서 변화량은 △/4, △/8, △/16이며, 순차적으로 유추할 수 있다.
하기 공식으로 표현된다.
1차:
Figure 112021087539469-pct00008
2차:
Figure 112021087539469-pct00009
3차:
Figure 112021087539469-pct00010
4차:
Figure 112021087539469-pct00011
……
제n차:
Figure 112021087539469-pct00012
식에서,
Figure 112021087539469-pct00013
다음을 어렵지 않게 획득한다.
Figure 112021087539469-pct00014
또한 n차 연산 후의 결과의 경우,
Figure 112021087539469-pct00015
이 성립되므로, x와 y의 두 수를 동일하게 만드는 목적을 달성한다.
본 발명에서는 상기 편광 얽힘 GHZ 상태에 대한 측정 및 비교를 통해 제1 동기화측과 방출측 루트(L1), 제2 동기화측과 방출측 루트(L2) 광경로에 대한 크기 배열을 구현하고, 상기 이진 반복법을 이용하여 L1 광경로를 끊임없이 L2에 접근시킴으로써, 양방의 광자에 대한 측정이 동일 시간에 접근하도록 만들고, 최종적으로 두 클록의 동기화를 구현한다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기의 기술적 해결책을 채택한다.
편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템은 제1 동기화측, 제2 동기화측 및 방출측을 포함한다.
상기 제1 동기화측과 제2 동기화측은 고전적 채널을 통해 연결되고, 방출측과 제1 동기화측은 양자 채널을 통해 연결되고, 방출측과 제2 동기화측은 양자 채널과 고전적 채널을 통해 연결된다.
여기에서, 상기 방출측은 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태를 구현하고 그 중 하나의 광자의 편광 상태에 대한 측정을 구현하는 데 사용된다.
상기 제1 동기화측과 제2 동기화측이 다른 두 광자 편광 상태에 대한 측정을 수행하고, 제2 동기화측과 방출측이 측정 결과를 비교하여 제1 동기화측, 제2 동기화측 사이의 측정 선후 정보를 획득한다.
상기 방출측은 GHZ 상태 얽힘 소스, 광 지연선(ODL), 광섬유 권취, 제3 편광판 및 제3 감지기를 포함한다.
상기 광 지연선은 GHZ 상태 얽힘 소스와 연결된다. 상기 GHZ 상태 얽힘 소스는 광섬유 권취를 통해 제3 편광판과 연결되고, 상기 제3 편광판은 상기 제3 감지기와 연결된다.
바람직하게는 상기 제3 편광판은 45도 편광판이다.
상기 제1 동기화측은 제1 편광판, 제1 감지기, 제1 펄스 레이저(Laser1), 제1 클록 및 제1 광 서큘레이터를 포함한다.
바람직하게는 상기 제1 편광판은 수평 편광판이다.
상기 제2 동기화측은 제2 편광판, 제2 감지기, 제2 펄스 레이저(Laser2), 제2 클록 및 제2 광 서큘레이터를 포함한다.
바람직하게는 상기 제2 편광판은 45도 편광판이다.
상기 방출측에서 GHZ 상태 얽힘 소스는 3개 출력단을 구비하며, 이는 각각 제1 출력단, 제2 출력단 및 제3 출력단이다.
여기에서, 제1 출력단은 광 지연선 입력단과 연결되고, 광 지연선, 광섬유 권취를 거쳐 광섬유를 통해 제1 동기화측과 연결된다. 제2 출력단은 직접 광섬유를 통해 제2 동기화측과 연결된다. 제3 출력단은 순차적으로 광섬유 권취, 제3 편광판을 통해 제3 감지기 입력단과 연결된다.
상기 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 제1 광 서큘레이터와 제2 광 서큘레이터는 모두 3개 포트를 구비하며, 이는 각각 제1 포트, 제2 포트 및 제3 포트이다.
여기에서, 제1 광 서큘레이터의 제1 포트는 제2 광 서큘레이터의 제1 포트와 연결된다.
제1 광 서큘레이터의 제2 포트는 제1 펄스 레이저의 출력단과 연결된다. 제2 광 서큘레이터의 제2 포트는 제2 펄스 레이저의 출력단과 연결된다.
제1 광 서큘레이터의 제3 포트는 제1 감지기 입력단과 연결된다. 제2 광 서큘레이터의 제3 포트는 제2 감지기 입력단과 연결된다.
상기 제1 클록은 제1 펄스 레이저, 제1 감지기와 연결되고, 상기 제2 클록은 제2 펄스 레이저, 제2 감지기와 연결된다.
상기 제1 편광판은 제1 감지기 입력단과 연결되고, 상기 제2 편광판은 제2 감지기 입력단과 연결된다.
상기 GHZ 상태 얽힘 소스는 양자 상태가
Figure 112021087539469-pct00016
인 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태를 제조한다. 상기 광 지연선은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연을 조절하여, 제1 동기화측과 방출측 사이, 제2 동기화측과 방출측 사이 두 팔의 균형을 맞추는 데 사용된다. 상기 광섬유 권취는 GHZ 상태 얽힘 소스와 제3 감지기 간의 광학 지연을 제공하고, 동시에 제1 동기화측과 방출측 사이와 제2 동기화측과 방출측 사이 두 팔의 비대칭 허용도를 제공하는 데 사용된다. 상기 45도 편광판은 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 제3 감지기는 광자에 대한 감지 응답을 제공한다.
상기 제1 동기화측의 편광판은 수평 방향이며, 광자 Z 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 제2 동기화측 중의 편광판은 45도 방향이며, 방출측 중의 편광판 방향과 일치하고, 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 제1 감지기, 제2 감지기는 모두 광자에 대한 감지 응답을 제공하는 데 사용된다. 상기 제1, 제2 펄스 레이저는 고전적 광 펄스를 생성하며, 제1 동기화측과 제2 동기화측 사이의 예비 클록 동기화를 구현하는 데 사용된다. 상기 제1 클록, 제2 클록은 모두 동기화할 클록이며, 동시에 제1 감지기, 제2 감지기가 검출한 광자의 로컬 시간을 기록한다. 상기 제1 및 제2 광 서큘레이터는 모두 비상호적 광경로를 제공하는 데 사용되며, 제1 동기화측과 제2 동기화측 양방의 양방향 고전적 펄스 신호 교환을 구현한다.
상기 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템에 있어서, GHZ 상태 얽힘 소스의 제1 출력단에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광지연선(ODL), 광섬유 권취, 광섬유, 제1 편광판을 거쳐 제1 감지기로 진입한다. 이에 상응하여, GHZ 상태 얽힘 소스의 제2 출력단에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광섬유와 제2 편광판을 거쳐 제2 감지기로 진입한다. GHZ 상태 얽힘 소스의 제3 출력단에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광섬유 권취와 제3 편광판을 거쳐 제3 감지기로 진입한다. 제1 동기화측 중의 제1 펄스 레이저(Laser1)에서 방출된 광신호는 제1 광 서큘레이터의 제2 포트를 거쳐 입력되고, 제1 포트에서 출력된다. 다시 광섬유를 거쳐 전송된 후 제2 광 서큘레이터의 제1 포트에서 입력되고 제2 포트에서 출력되어 제2 감지기로 진입된다. 이에 상응하도록 제2 동기화측 중의 제2 펄스 레이저(Laser2)에서 방출된 광신호는 제2 광 서큘레이터의 제2 포트를 거쳐 입력되고, 제1 포트에서 출력된다. 다시 광섬유를 거쳐 전송된 후 제1 광 서큘레이터의 제1 포트에서 입력되고 제3 포트에서 출력되어 제1 감지기로 진입된다. 제1 동기화측에 위치한 제1 클록과 제2 동기화측에 위치한 제2 클록은 광신호의 방출 시간과 도달 시간을 기록한다.
편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법은 하기 단계를 포함한다.
단계 1: 신호를 교환한다. 각각 제1 동기화측과 제2 동기화측에 위치한 제1 펄스 레이저, 제2 펄스 레이저는 그 각자 클록의“0”시각에서 고전적 펄스 신호를 여기하며, 신호는 각자의 광 서큘레이터를 거쳐 상대방에게 전송된다.
단계 2: 신호를 측정한다. 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 각각 상대방 광 서큘레이터에서 전송되는 신호를 수신하고, 수신한 신호는 로컬 광 서큘레이터를 거친 후 로컬 검지기로 전송된다. 제1 동기화측과 제2 동기화측은 각각 신호 도달 시간 τa, τb를 측정하며, 다음을 어렵지 않게 얻을 수 있다.
τa＝Tlink+△Tab--식(1)
τb＝Tlink-△Tab--식(2)
여기에서 Tlink는 광 펄스가 제1 감지기와 제2 감지기 사이 광경로에서 전송되는 시간이며,△Tab는 제1 클록과 제2 클록 사이의 클록 차이이다.
단계 3: 결과를 분석한다. 단계 2에서 상기 (1), (2) 식을 연립하여 합인 Tlink를 구할 수 있다. 연립하여 차인 △Tab를 구할 수 있다. 여기에서 제1 클록, 제2 클록 사이의 대략적인 값 △Tab를 구할 수 있다. 제1 동기화측, 제2 동기화측 양방은 이 차이값에 따라 클록에 대해 예비 보정을 수행한다. 고전적 클록 동기화로 도달할 수 있는 정확도를 고려하여, A, B 양방 클록은 보정 후 여전히 범위 △T0 내의 클록 차이가 존재한다.(△T0는 일반적으로 10ns수준).
단계 4: 광 펄스를 방출한다. 방출측은 동시에 각각 제1 동기화측과 제2 동기화측에 단일 광자 펄스를 방출한다. 제1 동기화측과 제2 동기화측은 각각 수신한 광 펄스의 ta, tb 시간을 기록하고 측정 결과를 발표한다.
단계 5: 광지연을 예비 조정한다. 측정하여 수득한 ta와 tb에 따라 방출측은 광 지연선을 조정하여 다시 측정한 결과가 ta=tb를 충족하도록 만든다.
단계 6: 얽힘 상태를 송신한다. 방출측은 편광 얽힘 GHZ 상태 3개 광자를 제조하며, 양자 상태는
Figure 112021087539469-pct00017
이고 동시에 제1, 제2 및 제3 감지기에 송신한다.
단계 7: 측정 및 판단한다. 제1 동기화측, 제2 동기화측과 방출측은 수신한 광자를 측정한다. 여기에서 제1 동기화측이 선택한 측정 기저는 Z 기저이고, 제2 동기화측과 방출측이 선택한 측정 기저는 X 기저이다. 수차 측정을 거쳐, 방출측과 제2 동기화측의 측정 결과를 비교하여 판단 근거에 따라 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 어느 측이 먼저 광자를 측정했는지 판단할 수 있다.
단계 8: 광지연을 조정한다. 1차 측정을 거친 후, 만약 제1 동기화측이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 방출측은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연에 △T0을 더한다. 만약 제2 동기화측이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 방출측은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연을 △T0 단축한다.
단계 9: 여러 회차 측정한다. 제1 동기화측, 제2 동기화측, 방출측은 계속해서 단계 6, 7, 8을 실행하며 2차 측정과 광지연 미세 조정을 시작한다. 여기에서 다른 점은 2차의 광지연 미세 조정량은 △T0/2이며, 이전 회차의 절반이라는 것이다. 이어서 계속해서 3차, 4차, 5차 측정을 수행한다. 미세 조정량은 이에 상응하여 △T0/4, △T0/8, △T0/16...... 이며, 순차적으로 유추할 수 있다. 이진법을 사용하여 광지연을 조정함으로써 두 팔이 끊임없이 균형을 이루도록 만들고, 여러 번 반복을 거친 후 광자가 감지기에 도달하는 시간이 고정확도의 동시성을 갖게 된다.
단계 10: 시간을 기록하고 동기화를 완료한다. 각 측은 실제 정확도 요건에 따라 여러 번 측정을 실행한다. 제1 동기화측, 제2 동기화측은 각각 마지막 회차의 측정에서 광자 도달 시간 Ta, Tb을 기록한다. 이때 △Tab=Ta-Tb와 실제 클록의 차이는 충분히 작으며, △Tab를 실제 클록 차이로 본다. 제1 동기화측, 제2 동기화측은 이 차이값에 따라 클록 보정을 수행하여 클록의 동기화를 구현한다.
구체적으로 단계 S1에서 제1 펄스 레이저, 제2 펄스 레이저는 그 각자 클록의“0”시간에서 고전적 펄스 신호를 여기하며, 신호는 각자의 서큘레이터를 거쳐 상대방에게 전송된다. 여기에서 각자 클록이 가리키는 것은 제1 동기화측, 제2 동기화측 각자의 클록이며, 즉 제1 클록, 제2 클록이다. 각자의 광 서큘레이터가 가리키는 것은 제1 동기화측, 제2 동기화측 각자의 광 서큘레이터이며, 즉 제1 광 서큘레이터, 제2 광 서큘레이터이다.
종래 기술에 비해 본 발명은 하기와 같은 유익한 효과를 나타낸다.
1. 광신호의 전송은 단방향 전송이며, 신호 각 방향의 전송 속도에 대해서는 요구 조건이 없다. 제한을 더 적게 받고 전송 루트가 단축되었으며 전송 과정에서 받는 광섬유 불안정성 요인의 영향이 더 작다.
2. 양자 얽힘은 비국소성 효과이며,“일시성”을 가지고 더 높은 정확도 한계에 도달할 수 있다.
3. 동기화 양측은 실제 정확도 요건에 따라 상이한 회차의 반복을 실행하여 정확도-효율 최적화를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 동기화측 A 구조 프레임도이다.
도 2는 본 발명에 따른 동기화측 B 구조 프레임도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방출측 C 구조 프레임도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전체 작업 원리 프레임도이다.
도 5는 본 발명에 따른 작업 흐름도이다.
이하에서는 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시방식을 더욱 상세하게 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템은 제1 동기화측, 제2 동기화측 및 방출측을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 첨부 도면에 대응하여 제1 동기화측은 동기화측(A)이고, 제2 동기화측은 동기화측(B)이고, 방출측은 방출측(C)이다.
여기에서 상기 동기화측(A)과 동기화측(B)는 고전적 채널을 통해 연결되고, 방출측(C)과 동기화측(A)은 양자 채널을 통해 연결되고, 방출측(C)과 동기화측(B)는 양자 채널과 고전적 채널을 통해 연결된다.
보다 구체적으로, 상기 방출측(C)은 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태의 제조를 구현하고 그 중 하나의 광자의 편광 상태에 대한 측정을 구현하는 데 사용된다. 상기 동기화측(A)과 (B)는 다른 2개의 광자의 편광 상태를 측정하며, 동기화측(B)과 방출측(C)은 측정 결과를 비교하여 A, B 사이의 측정 선후 정보를 획득한다.
구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방출측(C)은 GHZ 상태 얽힘 소스, 광 지연선(ODL), 광섬유 권취, 45도 편광판(제3 편광판) 및 감지기(C)(제3 감지기)를 포함한다.
상기 GHZ 상태 얽힘 소스는 양자 상태가
Figure 112021087539469-pct00018
인 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태를 제조한다. 상기 광 지연선은 L1의 광학 지연을 조절하여, L1과 L2 두 팔의 균형을 맞추는 데 사용된다. 상기 광섬유 권취는 GHZ 상태 얽힘 소스와 감지기(C) 간의 충분한 광학 지연을 제공하고, 동시에 L1과 L2 두 팔의 비대칭 허용도를 제공하는 데 사용된다. 상기 45도 편광판은 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 감지기(C)는 광자에 대한 감지 응답을 제공한다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 동기화측(A)은 수평 편광판(제1 편광판), 감지기(A)(제1 감지기), Laser1(제1 펄스 레이저), 클록(A)(제1 클록)과 광 서큘레이터(A)(제1 광 서큘레이터)를 포함한다.
상기 동기화측(B)는 45도 편광판(제2 편광판), 감지기(B)(제2 감지기), Laser2(제2 펄스 레이저), 클록(B)(제2 클록) 및 광 서큘레이터(B)(제2 광 서큘레이터)를 포함한다.
상기 방출측(C)에서 GHZ 상태 얽힘 소스는 3개 출력단을 구비한다. 여기에서 출력단(1)(제1 출력단)은 광 지연선 입력단과 연결되고, 광 지연선은 동기화측(A)과 연결된다. 출력단(2)(제2 출력단)은 직접 광섬유를 통해 동기화측(B)과 연결된다. 출력단(3)(제3 출력단)은 순차적으로 광섬유 권취, 45도 편광판(제3 편광판)을 통해 감지기(C)(제3 감지기) 입력단과 연결된다.
상기 동기화측(A)과 동기화측(B)에서 광 서큘레이터는 3개 포트를 구비한다. 여기에서 광 서큘레이터(A)의 포트(1)(제 포트)은 광 서큘레이터(B)의 포트(1)(제1 포트)와 연결된다. 광 서큘레이터(A)와 (B)의 포트(2)(즉, 광 서큘레이터(A)의 제2 포트, 광 서큘레이터(B)의 제2 포트)는 소재한 동기측의 레이저 출력단과 연결된다. 광 서큘레이터(A)와 (B)의 포트(3)(제3 포트)는 각각 소재한 동기측의 감지기 입력단과 직접 연결된다. 상기 클록은 레이저 및 감지기와 연결된다. 상기 편광판은 감지기 입력단과 연결된다.
상기 동기화측(A) 중의 편광판은 수평 방향이며, 광자 Z 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 동기화측(B)의 편광판은 45도 방향이며, 방출측(C) 중의 편광판 방향과 일치하여 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용된다. 상기 감지기는 광자에 대한 감지 응답을 제공한다. 상기 펄스 레이저는 고전 레이저 광 펄스를 생성하며, 동기화측(A)과 (B) 사이의 예비 클록 동기화를 구현하는 데 사용된다. 상기 클록은 동기화할 클록이며, 동시에 감지기에서 검출한 광자의 로컬 시간을 기록한다. 상기 광 서큘레이터는 비상호적 광경로를 제공하는 데 사용되며, A, B 양측의 양방향 고전 펄스 신호 교환을 구현한다.
상기 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템에 있어서, GHZ 상태 얽힘 소스의 출력단(1)에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광지연선(ODL), 광섬유 권취, 광섬유, 수평 편광판을 거쳐 감지기(A)로 진입한다. 이에 상응하여, GHZ 상태 얽힘 소스의 출력단(2)에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광섬유와 45도 편광판을 거쳐 감지기(B)로 진입한다. GHZ 상태 얽힘 소스의 출력단(3)에서 방출하는 광신호는 순차적으로 광섬유 권취와 45도 편광판을 거쳐 감지기(C)로 진입한다. 동기화측(A)의 레이저(Laser1)에서 방출된 광신호는 광 서큘레이터(A)의 포트(2)를 거쳐 입력되고 포트(1)에서 출력된 다음 광섬유를 거쳐 전송된 후 광 서큘레이터(B)의 포트(1)에서 입력되고 포트(3)에서 출력되어 감지기(B)로 진입된다. 이에 상응하여, 동기화측(B)의 레이저(Laser2)에서 방출된 광신호는 광 서큘레이터(B)의 포트(2)를 거쳐 입력되고 포트(1)에서 출력된 다음 광섬유를 거쳐 전송된 후 광 서큘레이터(A)의 포트(1)에서 입력되고 포트(3)에서 출력되어 감지기(A)로 진입된다. 동기화측(A)에 위치한 클록(A)과 동기화측(B)에 위치한 클록(B)는 광신호의 방출 시간과 도달 시간을 기록한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법은 하기 단계를 포함한다.
단계 1: 고전적 신호를 교환한다. 동기화측(A)과 동기화측(B)에 위치한 펄스 레이저는 그 각자 클록의“0”시각에서 고전적 펄스 신호를 여기하며, 신호는 각자의 서큘레이터를 거쳐 상대방에게 전송된다.
단계 2: 고전 신호를 측정한다. 동기화측(A)와 (B)에서 상대방으로부터의 신호는 서큘레이터를 거친 후 감지기로 전송되고, A, B 양측의 동기화할 클록 A, B는 각각 신호 도달 시간 τa, τb를 기록한다. 다음을 용이하게 얻는다. τa＝Tlink+△Tab, τb＝Tlink-△Tab. 여기에서 Tlink는 광 펄스가 감지기(A)와 감지기(B) 사이 광경로에서 전송되는 시간이며, △Tab는 A와 B 두 클록 사이의 클록 차이이다.
단계 3: 고전 측정 결과를 분석한다.
τa＝Tlink+△Tab (1)
τb＝Tlink-△Tab (2)
전술한 (1), (2) 식을 연립하여 합인 Tlink를 구할 수 있다. 연립하여 차인 △Tab를 구할 수 있다. 여기에서 A, B 두 클록 사이의 대략적인 값 △Tab를 구할 수 있다. A, B 양측은 이 차이값에 따라 클록에 대해 예비 보정을 수행한다. 고전적 클록 동기화로 도달할 수 있는 정확도를 고려하여, A, B 양방 클록은 보정 후 여전히 범위 △T0 내의 클록 차이가 존재한다.(△T0는 일반적으로 10ns수준).
여기에서 동기화측(A), (B)는 예비의 시간 동기화를 완료한다. 이어서 전개되는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법을 위해 기반을 마련한다.
고전적 클록 동기화 방법으로 형성된 전제 조건을 기반으로, 이어서 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법을 전개한다.
단계 4: 광 펄스를 방출한다. 방출측(C) 중의 GHZ 상태 얽힘 소스는 동시에 동기화측(A), (B) 및 로컬 감지기(C)에 단일 광자 펄스를 방출하고, A와 B 중의 동기화할 클록은 각각 수신한 광 펄스의 시간 ta, tb을 기록한다.
단계 5: 광지연을 예비 조정한다. 방출측(C)은 광 지연선(ODL)을 통해 L1의 광학 지연을 조정하고, 재측정한 결과가 ta=tb를 충족시키도록 만든다.
단계 6: 얽힘 상태를 송신한다. 방출측(C) 중의 GHZ 상태 얽힘 소스는 편광 얽힘 GHZ 상태 3개 광자를 제조하며, 양자 상태는
Figure 112021087539469-pct00019
이고, 양자 채널을 통해 동시에 감지기 A, B, C에 송신한다.
단계 7: 측정하여 판단한다. 동기화측(A), (B)와 방출측(C) 중의 감지기는 수신한 광자를 측정한다. 감지기(A) 전단에 수평 편광판을 거치하여 Z 기저 편광 측정에 대응하며, 감지기(B, C) 전단에도 45도 편광판을 거치하여 X 기저 편광 측정에 대응한다. 수차 측정을 거쳐, 방출측(C)과 동기화측(B)의 측정 결과를 비교하여 판단 근거에 따라 동기화측(A)와 (B)에서 어느 측이 먼저 광자를 측정했는지 판단할 수 있다.
단계 8: 광지연을 조정한다. 1차 측정 비교를 거친 후, 만약 동기화측(A)이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 방출측(C)은 광 지연선(ODL)을 통해 L1의 광학 지연에 △T0을 더한다. 만약 동기화측(B)이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 광 지연선(ODL)은 L1의 광학 지연을 △T0 단축한다.
단계 9: 여러 회차 측정한다. A, B, C 3개 측은 계속해서 단계 6, 7, 8을 실행하며 2차 측정과 광지연 미세 조정을 시작한다. 다른 점은 2차의 광지연 미세 조정량은 △T0/2이며, 이전 회차의 절반이라는 것이다. 이어서 계속해서 3차, 4차, 5차 측정을 수행한다. 미세 조정량은 이에 상응하여 △T0/4, △T0/8, △T0/16...... 이며, 순차적으로 유추할 수 있다. 이진법을 사용하여 광지연을 조정함으로써 두 팔이 끊임없이 균형을 이루도록 만들고, 여러 번 반복을 거친 후 광자가 감지기에 도달하는 시간이 고정확도의 동시성을 갖게 된다.
단계 10: 시간을 기록하고 동기화를 완료한다. 각 측은 실제 정확도 요건에 따라 여러 번 측정을 실행한다. 동기화측(A), (B) 중의 동기화할 클록은 각각 마지막 회차의 측정에서 광자 도달 시간 Ta, Tb를 기록한다. 이때 △Tab=Ta-Tb와 실제 클록의 차이는 충분히 작으며, △Tab를 실제 클록 차이로 본다. 동기화측(A, B)는 이 차이값에 따라 클록 보정을 수행하여 클록의 동기화를 구현한다.
구체적으로 상기 단계 7에서 판단 근거는 하기와 같다.
방출측(C)에서 제조한 편광 얽힘 GHZ 상태는
Figure 112021087539469-pct00020
이고, 이러한 얽힘 상태는 다음의 특성이 있다.
1. 그 중 하나의 광자에 대해 편광 상태를 측정하면, 나머지 두 광자의 편광 상태가 순간적으로 측정된 광자의 상태로 붕괴된다.
2. 나머지 두 개의 이미 붕괴된 광자는 더 이상 얽힘 특성을 갖지 않으며, 그중 한 광자의 편광 상태에 대해 측정하면 다른 한 광자의 편광 상태는 영향을 받지 않는다.
3. GHZ 상태 얽힘 효과는 비국소성 효과이고“일시성”을 가지며 상기 시스템에 고정확도 클록 동기화를 보장한다.
GHZ 얽힘 상태의 전술한 특성에 따라, 얽힘 소스와 감지기(C) 사이의 광지연이 L1과 L2 광지연보다 큰 것을 전제로, 감지기(A)와 감지기(B)의 측정 결과는 다음 2가지 경우가 존재한다.
경우 1: 동기화측(A)이 먼저 광자를 검출하면, 3개 광자의 편광 상태가 모두 Z 기저 상에 투영되며, 이어서 동기화측(B)와 방출측(C)의 측정이 다시 남은 2개 광자 편광 상태를 X 기저 상에 투영시킨다. 이때 이 두 광자는 더이상 얽힘성을 갖지 않으며, 동기화측(B)과 방출측(C)은 1/2의 확률로 상이한 측정 결과를 갖는다.
경우 2: 동기화측(B)이 먼저 광자를 측정하면, 3개 광자의 편광 상태가 모두 X 기저 상에 투영된다. 동기화측(B)과 방출측(C)이 동일한 측정 기저를 갖기 때문에 B, C는 항상 동일한 측정 결과를 갖는다.
실제 측정에서 동기화측(B), (C)가 상이한 결과를 측정하면 경우 1로 판단할 수 있다. 그러나 불가피하게 여러 번 측정에서 여전히 동일한 측정 결과를 획득하며 구체적인 경우를 판단할 수 없는 상황이 존재한다. 그러나 측정 횟수가 증가함에 따라 경우 1의 확률도 지수에 따라 감쇠한다. m회 동일 측정 결과를 연속 획득한다는 전제 하에, 경우 1의 확률은 P(m)＝2-m이다. 이를 위해 만약 연속 10회 동일 측정 결과를 획득하면 제2 경우로 판정하도록 약정한다. 이때 오판율은 E(m)＝P(m)＝2-m＝2-10이고, 약 1000분의 1로 비교적 낮은 수준으로 제어된다.
구체적으로 상기 단계 10에서 동기화측 A, B 모두 신호 도달 시간의 측정에 참여해야 한다. 실제 배치를 고려하여 A, B 양측 측정 기저의 선택은 편광판을 통해 구현한다. 즉, 매회 측정에서 감지기(A), (B)는 1/2의 확률로 동시에 응답할 수 없으므로 최종적 시간을 획득할 수 없다. 그러나 전술한 바와 같이, 매회 측정은 모두 여러 번 측정을 포함할 수 있으며, 여러 번 측정을 실행하면 감지기(A), (B)를 동시에 응답시키는 것이 어렵지 않고 나아가 측정 시간 Ta, Tb을 획득할 수 있다.
상기 이진 반복법은 동기화 결과에 대해 정확도 평가를 수행할 수 있으며, 최종적으로 n차 측정을 수행했다고 가정하면, 마지막 회차 측정에서 획득한 클록 차이는 △Tab이고 실제 클록 차이는 △T로 설정된다. 다음을 어렵지 않게 얻을 수 있다.
Figure 112021087539469-pct00021
동기화 정확도는 측정 회차수가 지수적으로 상승하며, 전술한 식에 따라 클록 동기화의 정확도를 평가할 수 있다. 또한 전술한 식에 따라 지정된 정확도 요건으로 측정해야 하는 회차를 수행할 수도 있다.
1. 본 발명에서 광신호의 전송은 단방향 전송이며, 신호 각 방향의 전송 속도에 대해서는 요구 조건이 없다. 제한을 더 적게 받고 전송 루트가 단축되었으며 전송 과정에서 받는 광섬유 불안정성 요인의 영향이 더 작다.
2. 본 발명에서 이용하는 GHZ 상태 얽힘 효과는 비국소성 효과이며,“일시성”을 가지고 더 높은 정확도 한계에 도달할 수 있다.
3. 본 발명에서 동기화 양측은 실제 정확도 요건에 따라 상이한 회차의 반복을 실행하여 정확도-효율 최적화를 구현할 수 있다.
전술한 명세서에 개시된 내용과 시사점을 기반으로 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자는 전술한 실시방식을 변경 및 수정할 수도 있다. 따라서 본 발명은 상기에서 개시 및 설명한 구체적인 실시방식에 제한되지 않으며, 본 발명에 대한 일부 수정 및 변경도 본 발명의 청구범위의 보호 범위 내에 속한다. 또한 본 명세서에 일부 특정한 용어를 사용하였으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것이므로 본 발명을 제한하지 않는다.

Claims (10)

  1. 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템에 있어서,
    제1 동기화측, 제2 동기화측 및 방출측을 포함하고;
    상기 제1 동기화측과 제2 동기화측은 고전적 채널을 통해 연결되고, 방출측과 제1 동기화측은 양자 채널을 통해 연결되고, 방출측과 제2 동기화측은 양자 채널과 고전적 채널을 통해 연결되고;
    여기에서, 상기 방출측은 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태를 구현하고, 그 중 하나의 광자의 편광 상태에 대한 측정을 구현하는 데 사용되고;
    상기 제1 동기화측과 제2 동기화측이 다른 두 광자 편광 상태에 대한 측정을 수행하고, 제2 동기화측과 방출측이 측정 결과를 비교하여 제1 동기화측, 제2 동기화측 사이의 측정 선후 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방출측은 GHZ 상태 얽힘 소스, 광 지연선(ODL), 광섬유 권취, 제3 편광판 및 제3 감지기를 포함하고;
    상기 광 지연선은 GHZ 상태 얽힘 소스와 연결되고; 상기 GHZ 상태 얽힘 소스는 광섬유 권취를 통해 제3 편광판과 연결되고; 상기 제3 편광판은 상기 제3 감지기와 연결되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방출측에서 GHZ 상태 얽힘 소스는 3개 출력단을 구비하며, 이는 각각 제1 출력단, 제2 출력단 및 제3 출력단이고;
    여기에서, 제1 출력단은 광 지연선 입력단과 연결되고, 광 지연선, 광섬유 권취를 거쳐 광섬유를 통해 제1 동기화측과 연결되고; 제2 출력단은 직접 광섬유를 통해 제2 동기화측과 연결되고; 제3 출력단은 순차적으로 광섬유 권취, 제3 편광판을 통해 제3 감지기 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 GHZ 상태 얽힘 소스는 양자 상태가
    Figure 112022098428605-pct00022
    인 3개 광자 편광 얽힘 GHZ 상태를 제조하고;
    상기 광 지연선은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연을 조절하는 데 사용되고;
    상기 광섬유 권취는 GHZ 상태 얽힘 소스와 제3 감지기 사이의 광학 지연을 제공하고, 제1 동기화측과 방출측 사이, 제2 동기화측과 방출측 사이의 비대칭 허용도를 제공하는 데 사용되고;
    상기 제3 편광판은 45도 편광판이고, 상기 45도 편광판은 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용되고;
    상기 제3 감지기는 광자에 대한 감지 응답을 제공하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동기화측은 제1 편광판, 제1 감지기, 제1 펄스 레이저, 제1 클록 및 제1 광 서큘레이터를 포함하고;
    상기 제2 동기화측은 제2 편광판, 제2 감지기, 제2 펄스 레이저, 제2 클록 및 제2 광 서큘레이터를 포함하고;
    상기 제1 클록은 제1 펄스 레이저, 제1 감지기와 연결되고, 상기 제2 클록은 제2 펄스 레이저, 제2 감지기와 연결되고;
    상기 제1 편광판은 제1 감지기 입력단과 연결되고; 상기 제2 편광판은 제2 감지기 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 제1 광 서큘레이터와 제2 광 서큘레이터는 모두 3개 포트를 구비하며, 이는 각각 제1 포트, 제2 포트 및 제3 포트인 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광 서큘레이터의 제1 포트는 제2 광 서큘레이터의 제1 포트와 연결되고;
    제1 광 서큘레이터의 제2 포트는 제1 펄스 레이저의 출력단과 연결되고;
    제2 광 서큘레이터의 제2 포트는 제2 펄스 레이저의 출력단과 연결되고;
    제1 광 서큘레이터의 제3 포트는 제1 감지기 입력단과 연결되고;
    제2 광 서큘레이터의 제3 포트는 제2 감지기 입력단과 연결되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 편광판은 수평 편광판이며, 광자 Z 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용되고;
    상기 제2 편광판은 45도 편광판이며 광자 X 기저 편광 상태를 분별하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 감지기, 제2 감지기는 모두 광자에 대한 감지 응답을 제공하는 데 사용되고;
    상기 제1, 제2 펄스 레이저는 고전적 레이저 펄스를 생성하며, 제1 동기화측과 제2 동기화측 사이의 예비 클록 동기화를 구현하는 데 사용되고;
    상기 제1 클록, 제2 클록은 모두 동기화할 클록이며, 동시에 제1 감지기, 제2 감지기가 감지한 광자의 로컬 시간을 기록하는 데 사용되고;
    상기 제1 및 제2 광 서큘레이터는 모두 비상호적 광경로를 제공하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 시스템.
  10. 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법에 있어서,
    하기 단계,
    단계 1: 신호를 교환하고, 각각 제1 동기화측과 제2 동기화측에 위치한 제1 펄스 레이저, 제2 펄스 레이저는 그 각자 클록의“0”시각에서 고전적 펄스 신호를 여기하며, 신호는 각자의 광 서큘레이터를 거쳐 상대방에게 전송되는 단계;
    단계 2: 신호를 측정하고, 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 각각 상대방 광 서큘레이터에서 전송되는 신호를 수신하고, 수신한 신호는 로컬 광 서큘레이터를 거친 후 로컬 검지기로 전송되고, 제1 동기화측과 제2 동기화측은 각각 신호 도달 시간 τa, τb를 측정하며, 이하를 얻으며,
    τa＝Tlink+△Tab--식(1);
    τb＝Tlink-△Tab--식(2);
    여기에서, Tlink는 광 펄스가 제1 감지기와 제2 감지기 사이 광경로에서 전송되는 시간이며, △Tab는 제1 클록과 제2 클록 사이의 클록 차이인 단계;
    단계 3: 결과를 분석하고, 단계 2에서 상기 (1), (2) 식을 연립하여 합인 Tlink를 구할 수 있고; 연립하여 차인 △Tab를 구할 수 있으며;
    여기에서 제1 클록, 제2 클록 사이의 대략적인 값 △Tab를 구할 수 있고, 제1 동기화측, 제2 동기화측 양방은 이 차이값에 따라 클록에 대해 예비 보정을 수행하는 단계;
    단계 4: 광 펄스를 방출하고; 방출측은 동시에 각각 제1 동기화측과 제2 동기화측에 단일 광자 펄스를 방출하고, 제1 동기화측과 제2 동기화측은 각각 수신한 광 펄스의 ta, tb 시간을 기록하고 측정 결과를 발표하는 단계;
    단계 5: 광지연을 예비 조정하고; 측정하여 수득한 ta와 tb에 따라 방출측은 광 지연선을 조정하여 다시 측정한 결과가 ta=tb를 충족하도록 만드는 단계;
    단계 6: 얽힘 상태를 송신하고; 방출측은 편광 얽힘 GHZ 상태 3개 광자를 제조하며, 양자 상태는
    Figure 112021087539469-pct00023
    이고, 동시에 제1, 제2 및 제3 감지기에 송신한느 단계;
    단계 7: 측정 및 판단하고; 제1 동기화측, 제2 동기화측과 방출측은 수신한 광자를 측정하고;
    여기에서, 제1 동기화측이 선택한 측정 기저는 Z 기저이고, 제2 동기화측과 방출측이 선택한 측정 기저는 X 기저이고; 수차 측정을 거쳐, 방출측과 제2 동기화측의 측정 결과를 비교하여 판단 근거에 따라 제1 동기화측과 제2 동기화측에서 어느 측이 먼저 광자를 측정했는지 판단할 수 있는 단계;
    단계 8: 광지연을 조정하고; 1차 측정을 거친 후, 만약 제1 동기화측이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 방출측은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연에 △T0을 더하고; 만약 제2 동기화측이 먼저 광자를 측정한 것으로 확인되면, 방출측은 제1 동기화측과 방출측 사이의 광학 지연을 △T0 단축하는 단계;
    단계 9: 여러 회차 측정하고; 제1 동기화측, 제2 동기화측, 방출측은 계속해서 단계 6, 7, 8을 실행하며 2차 측정과 광지연 미세 조정을 시작하고;
    여기에서, 2차의 광지연 미세 조정량은 △T0/2이며;
    이어서 계속해서 3차, 4차, 5차 측정을 수행하고, 미세 조정량은 이에 상응하여 △T0/4, △T0/8, △T0/16...... 이며, 순차적으로 유추할 수 있고;
    이진법을 사용하여 광지연을 조정함으로써 두 팔이 끊임없이 균형을 이루도록 만들고, 여러 번 반복을 거친 후 광자가 감지기에 도달하는 시간이 고정확도의 동시성을 갖게 되는 단계;
    단계 10: 시간을 기록하고 동기화를 완료하고; 각 측은 실제 정확도 요건에 따라 여러 번 측정을 실행하고, 제1 동기화측, 제2 동기화측은 각각 마지막 회차의 측정에서 광자 도달 시간 Ta, Tb을 기록하고;
    이때 △Tab=Ta-Tb와 실제 클록의 차이는 충분히 작으며, △Tab를 실제 클록 차이로 보며, 제1 동기화측, 제2 동기화측은 이 차이값에 따라 클록 보정을 수행하여 클록의 동기화를 구현하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 얽힘 GHZ 상태 기반의 이진 반복 클록 동기화 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109547145B (zh) * 2018-12-31 2024-05-10 广东尤科泊得科技发展有限公司 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法
CN110708134B (zh) * 2019-09-09 2021-03-16 南京林业大学 四轮独立转向时间同步方法
US11228430B2 (en) * 2019-09-12 2022-01-18 General Electric Technology Gmbh Communication systems and methods
CN112615693B (zh) * 2020-12-08 2022-08-05 中国信息通信研究院 用于时钟同步的方法、装置、设备及系统
US11990945B2 (en) 2021-06-25 2024-05-21 Honeywell International Inc. System for clock synchronization with polarization entangled photons

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102955163A (zh) 2011-08-25 2013-03-06 中国科学院西安光学精密机械研究所 提高北斗卫星导航系统定位精度的方法及系统
US20140270802A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Raytheon Company Quantum synchronization for classical distributed systems
CN108718218A (zh) 2018-05-09 2018-10-30 中国科学院国家授时中心 基于频率纠缠光源的双向量子时间同步方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900678B2 (en) * 2001-08-16 2005-05-31 United Microelectronics Corp. Delay lock circuit using bisection algorithm and related method
US8493123B2 (en) * 2010-12-15 2013-07-23 Raytheon Company Synchronization of remote clocks
FR2980933B1 (fr) * 2011-09-30 2016-12-23 Centre Nat De La Rech Scient - Cnrs Methode et dispositif de synchronisation de sources d'intrication pour reseau de communication quantique
CN108737074B (zh) * 2017-04-13 2021-04-06 科大国盾量子技术股份有限公司 一种信息同步方法和装置
KR101945761B1 (ko) * 2017-05-24 2019-02-08 경희대학교 산학협력단 양자 네트워크에서 동기화 방법
US11251952B2 (en) * 2018-09-12 2022-02-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Quantum secure clock synchronization based on time-energy and polarization entangled photon pairs
CN109547145B (zh) * 2018-12-31 2024-05-10 广东尤科泊得科技发展有限公司 基于偏振纠缠ghz态的二分迭代时钟同步系统和方法
CN209170391U (zh) * 2018-12-31 2019-07-26 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
WO2021257615A1 (en) * 2020-06-15 2021-12-23 Xairos Systems, Inc. Quantum secure network clock synchronization
US11990945B2 (en) * 2021-06-25 2024-05-21 Honeywell International Inc. System for clock synchronization with polarization entangled photons

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102955163A (zh) 2011-08-25 2013-03-06 中国科学院西安光学精密机械研究所 提高北斗卫星导航系统定位精度的方法及系统
US20140270802A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Raytheon Company Quantum synchronization for classical distributed systems
CN108718218A (zh) 2018-05-09 2018-10-30 中国科学院国家授时中心 基于频率纠缠光源的双向量子时间同步方法

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