利用纠缠光子的卫星时钟同步：相对速度对精度的影响

基于 [Phys. Rev. A 107, 022615 (2023)] 中提出的量子资源方案，可利用 [Proc. SPIE 10547 (2018)] 中发展的量子时钟同步(QCS)协议，对分布全球的地面站进行时钟同步。此类方案可在数千公里距离上实现皮秒级同步。然而，该 QCS 协议在卫星速度不可忽略（许多现实情景如此）的情况下的实验演示尚待实现。本工作中，我们发展解析与数值工具，研究卫星与地面站间相对速度对 QCS 协议成功的影响。我们得出结论：若适当选择数据采集窗口，协议仍可成功运行。作为演示，我们使用单颗 LEO 轨道卫星、低成本纠缠源、便携式原子钟与雪崩探测器，模拟了美国本土跨城市同步结果。我们得出结论：在纳入相对运动效应后，在 $\approx 4000$ kms 距离尺度上仍可实现亚纳秒至皮秒级精度。如此高精度同步目前无法通过包括 GPS 在内的标准经典技术在长距离（$\gtrsim 100 km$）上实现。本工作发展的模拟工具原则上适用于其他利用纠缠光子的时钟同步手段，其有望构成未来量子网络（如量子互联网、分布式量子传感与量子 GPS）的基础。