国家授时中心实现50公里光纤双向量子时钟同步

  据光子盒报道，远距离时钟之间的精确同步在几乎所有类型的精密测量中起着至关重要的作用。与基于卫星的传统方法相比，光纤是进行精确时间和频率传递的有利通道。进一步配合量子技术，光纤量子时钟同步在提高精度和提供更好的安全保障方面显示出巨大的潜力。

  为了进一步证明该技术在实际应用中的优势，中国科学院国家授时中心首席科学家张首刚和研究员董瑞芳带领研究团队在两种光纤距离(7公里的现场光纤链路和50公里的实验室光纤链路)上[1]进行了两次时钟同步性能测试。

  研究成果分别发表在Optics Express[2]和Journal of Lightwave Technology[3]上。

  通过7公里长的光纤，在位于国家授时中心园区内的氢脉泽和位于骊山天文台的铷钟之间进行双向量子同步的现场测试，结果表明，短期同步稳定度达到了铷钟对氢脉泽的固有频率稳定度，在30秒时测量为32皮秒。在7680秒时，长期同步稳定度达到19.3皮秒。

  董瑞芳研究员说：“这项实验证明了双向量子时钟同步在提高同步性能方面的巨大潜力。”

  图1 国家授时中心(NTSC)的氢脉泽和骊山天文台(LSO)的铷钟之间的现场双向量子时钟同步实验装置的(a)鸟瞰图和(b)示意图。

来源：中科院国家授时中心

  同时，该团队在实验室光纤上演示了光纤双向量子时钟同步实验，距离达到50公里。他们使用公共参考时钟，在57300秒时实现了54.6飞秒的同步稳定度和1.3皮秒±36.6皮秒的精度。使用独立参考时钟，结合微波频率转换技术也实现了相当的性能，在57300秒时的稳定度为89.5飞秒。

注：1飞秒等于1秒的一千万亿分之一，1皮秒等于1000飞秒。

图2 50公里光纤链路上量子时钟同步的示意图。来源：中科院国家授时中心

  董瑞芳研究员说：“实验中取得的成果为双向量子时钟同步在城域光纤链路上实现飞秒级(fs)的精确同步提供了光明的前景。”

  这些成果展示了双向量子时钟同步在提高基于城域光纤链路的现场应用的同步精度方面的潜力。