基于量子纠缠交换的分布式网络时钟同步技术研究

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随着量子通信技术的不断发展,点对点的量子同步方式必然要向多用户同步网络过渡。目前人们提出的大多数是两粒子或多粒子间点对点的量子时钟同步协议,对网络中多用户间的量子时钟同步研究很少。并且,随着人们对高精度同步的依赖性越来越强,使得提供精度高的同步系统显得越发重要。本文主要研究分布式网络结构中的量子时钟同步过程,所做工作主要有以下几点:1、利用量子纠缠交换技术产生新的纠缠态,为相距较远且毫无关联的客户端提供实现同步的资源条件。该方案中客户端与所属服务器间共享EPR对,所需纠缠态均由服务器来制备、分发,通过服务器对待同步用户粒子进行联合Bell基测量,将原本毫无关联、相距较远的客户端粒子纠缠起来。2、对同步原理及同步方案进行了研究。介绍了几种不同的量子同步方法,并分析了各自的特点;讨论了通过利用服务器分发的纠缠粒子来检测量子信道的安全性,为时钟同步过程提供一个安全的信道环境。3、针对两粒子量子同步的情形,基于Bell纠缠对和纠缠交换提出了分布式网络中的同步方案。将量子时钟同步技术应用于分布式网络中,经过待同步用户的测量使得它们所持纠缠钟实现同步。本方案不仅可以实现本地用户间的同步,而且也能实现远程用户间的同步。通过分析,本文提出的方案不仅可以防止外部窃听,还可以防止内部不诚实通信者的窃听,从而保证了方案的安全性。相比之前提出的多粒子纠缠态同步协议,该方案的实现只需要Bell纠缠对,不需要制备复杂的多粒子纠缠态,实现起来简单、方便,很大程度上提高了同步方案的效率。分析表明,该方案同步精度可达皮秒量级,并且同步系统安全、稳定。
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