Hvordan man bruger entanglement til langdistance- eller frirumkvantekommunikation

Brug af sammenfiltring til langdistance- eller frirumkvantekommunikation involverer etablering af en kvantekanal og implementering af flere nøgleteknikker til at transmittere og modtage kvanteinformation. Her er en generel oversigt over processen:

1. Entanglement Generation:

- Generer sammenfiltrede partikelpar, typisk fotoner, ved en kildeplacering. Dette kan opnås ved hjælp af forskellige metoder som spontan parametrisk nedkonvertering eller kvantepunktbaserede kilder.

2. Kvantekanaletablering:

- Skab en kvantekanal til at transmittere de sammenfiltrede partikler over lange afstande eller gennem frit rum. Denne kanal kan være en optisk fiberforbindelse, atmosfæriske forhold i frit rum eller satellitbaserede systemer.

3. Kodning og afkodning:

- Indkode kvanteinformation på en af ​​de sammenfiltrede partikler (signalpartiklen), typisk ved at manipulere dens polarisering, fase eller andre frihedsgrader.

- I den modtagende ende afkodes kvanteinformationen ved at måle den anden sammenfiltrede partikel (den tomgangspartikel) på en komplementær måde for at udtrække den kodede information.

4. Kvantefejlkorrektion:

- Kvantekanaler er modtagelige for støj og dekohærens, hvilket kan introducere fejl i transmissionen. Teknikker for kvantefejlkorrektion, såsom quantum forward error correction (QEC), bruges til at beskytte kvanteinformationen mod disse fejl.

5. Quantum Key Distribution (QKD):

- Entanglement-baseret QKD er en bredt undersøgt applikation til langdistance kvantekommunikation. Det tillader sikker distribution af kryptografiske nøgler mellem fjerne parter.

6. Kvantegentagere:

- Til meget lange afstande kan kvanterepeatere bruges. Repeatere består af betroede noder, der udfører entanglement-rensning, kvantehukommelseslagring og entanglement-swap for at udvide rækkevidden af ​​kvantekommunikation.

7. Satellitbaseret kvantekommunikation:

- Satellitplatforme giver mulighed for at etablere kvantekommunikationsforbindelser mellem jordstationer eller endda mellem satellitter. Sammenfiltrede fotoner kan transmitteres fra satellitter til Jorden eller mellem satellitter, hvilket muliggør sikker og langdistance kvantekommunikation.

Ved at implementere disse teknikker kan sammenfiltring udnyttes til langdistance kvantekommunikation, herunder sikker nøgledistribution, kvanteteleportering og andre kvanteinformationsbehandlingsopgaver, over betydelige afstande eller gennem frirumskanaler. Imidlertid står praktiske implementeringer stadig over for forskellige udfordringer, såsom fotontab, dekohærens og opretholdelse af kvantetilstanden under transmission, som er aktive områder inden for forskning og udvikling.