获得普遍认可的全球标准时间对于许多技术非常重要，例如数据传输网络，金融交易，机场交通控制，铁路运输网络，电信网络，全球定位系统（GPS）和长基线干涉测量。为实现这一点，时钟同步是一项基本任务，因此可以建立具有全球标准时间的时钟网络。从逻辑上讲，当考虑到狭义相对论时，有两种同步时钟的基本方法：爱因斯坦同步和Eddington的慢时钟传输。基于这两种思想，人们提出两种方法用于时钟的精确同步：用于爱因斯坦协议的时间转移激光链路和Eddington协议的量子适配。Jozsa及其同事提出了第三种基于量子纠缠的时钟同步方法。它使用位于不同空间位置的两个时钟之间共享先前纠缠来进行同步。基于纠缠的时钟同步和其他同步的主要区别在于它基于非本地资源。而在经典方案中，双方之间交换光或者物质，而且受之间介质性质的影响。

图1 考虑异步量子时钟同步的情况。Charlie在它自己的约定基上将纠缠的单态分发给Alice和Bob。缠绕的状态容易受到噪声的影响，并在到达Alice和Bob的位置时变得混乱。Alice和Bob具有不同步的时钟，并且对于逻辑状态|0>和|1>的相干叠加也具有不同的约定基。通过纯化许多纠缠的量子比特，使Alice和Bob的形成时钟。

许多量子时钟同步协议的一个突出问题是隐藏了一个假设：要求同步的各方之间有一个共同的相位参考。一般而言，两方之间量子态的含义如果没有一致的相位定义，就可能导致未知的系统误差。建立公共相位参考等同于已经具有同步时钟，但是却破坏了量子时钟同步协议的原本目的。更糟糕的是，Alice和Bob执行的任何量子算法可能需要精确同步，以便由于量子位的进动而不引入额外的相位。

图2 用于纠缠纯化的量子电路。 由于Alice和Bob之间缺少同步时钟，每一方对电路元件的基进行自由选择，由（A，B）标记。A，由Alice和Bob运行的电路; b，所有电路元件已经转换为相同基的一个等效电路。

近日，华东师范大学物理与材料科学学院精密光谱科学与技术国家重点实验室的科学家通过实验表明有可能通过纠缠纯化去除这个未知的共同参考相位，尽管先前有些相反的观点。也就是说可以产生具有受控相位的纠缠态，而Alice和Bob对彼此的相位定义不需要有任何了解，如图1所示。这就解决了基于量子时钟同步协议的纠缠漏洞，这是一种非局域法使两个时钟产生同步而与中间的介质属性无关。从有噪声的Bell对开始，作者阐明了该方案对以下任何组合都能产生单态：（i）Alice和Bob约定不同矢量基;（ii）执行纯化算法的总时间偏差;（iii）存在噪声通道。误差估计表明，使用当前技术应该可以实现比现有的经典爱因斯坦同步协议更好的性能。相关内容以《Remote quantum clock synchronization without synchronized clocks》为题，发表在《npj Quantum Information》杂志上。

来源： npj Quantum Information

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