Un equipo de científicos chinos se dio cuenta de la distribución por satélite de pares de fotones enredados a lo largo de 1200 km. Se demostró que los pares de fotones aún estaban enredados después de viajar largas distancias y se demostró que la desigualdad de Bell se violaba bajo estrictas condiciones de la localidad de Einstein.
Este experimento se realizó a través de dos enlaces descendentes de satélite a tierra con una longitud sumada que varía de 1600-2400 km. La eficiencia del enlace obtenida es de órdenes de magnitud mayor que la de la transmisión bidireccional directa de dos fotones a través de fibras de telecomunicaciones.
Los científicos de la comunicación cuántica tienen un interés fundamental en distribuir partículas enredadas a distancias cada vez más largas y estudiar el comportamiento del enredo en condiciones extremas. Hasta ahora, la distribución del enredo solo se ha logrado a una distancia de hasta ~ 100 km debido a la pérdida de fotones en ópticafibras o espacio libre terrestre.
Una forma de mejorar la distribución radica en el protocolo de repetidores cuánticos, cuya utilidad práctica, sin embargo, se ve obstaculizada por los desafíos de realizar e integrar simultáneamente todas las capacidades clave.
Otro enfoque utiliza tecnologías basadas en satélites y en el espacio, ya que un satélite puede cubrir convenientemente dos ubicaciones distantes en la Tierra. La principal ventaja de este enfoque es que la mayor parte de la ruta de transmisión de los fotones está casi en vacío, con casi ceroabsorción y falta de coherencia.
Para probar la viabilidad de la investigación de distribución basada en satélite y espacio, se realizaron estudios en tierra que demostraron la distribución bidireccional de pares de fotones enredados a través de un canal de espacio libre terrestre de dos enlaces, a distancias de 600 m, 13 km,y 102 km, con una pérdida de canal efectiva de ~ 80 dB. También se probaron las comunicaciones cuánticas en plataformas móviles en una situación de alta pérdida y en condiciones turbulentas.
Después de estos estudios de viabilidad, un satélite de experimento de ciencia cuántica - Micius - fue desarrollado y lanzado desde Jiuquan, China el 16 de agosto de 2016 con una misión de distribución de enredos. Cooperando con Micius hay tres estaciones terrestres Delingha en Qinghai; Nanshanen Urumqi, Xinjiang y el Observatorio Gaomeigu en Lijiang, Yunnan. La distancia entre Delingha y Lijiang Nanshan es de 1203 km. La distancia entre el satélite en órbita y estas estaciones terrestres varía de 500 a 2000 km.
Debido al hecho de que los fotones enredados no pueden amplificarse como señales clásicas, se deben desarrollar nuevos métodos para reducir la atenuación del enlace en la distribución de enredos de satélite a tierra. Para optimizar la eficiencia del enlace, los científicos combinaron la divergencia de haz estrecho con una altade ancho de banda y la técnica de adquisición, apuntado y seguimiento de alta precisión APT. Mediante el desarrollo de una fuente de entrelazamiento de dos fotones ultrabrillante y una tecnología APT de alta precisión, el equipo estableció el enredo entre dos fotones individuales separados por 1203 km, con una tasa promedio de conteo de dos fotones de 1.1 Hz y una fidelidad de estado de 0.869 ± 0.085. Usando los fotones entrelazados distribuidos, los científicos realizaron la prueba de Bell en una separación similar al espacio y sin escapatorias de localidad y libertad de elección.
En comparación con los métodos anteriores de distribución de enredos por transmisión directa de la misma fuente de dos fotones, utilizando el mejor rendimiento y las fibras de telecomunicaciones comerciales más comunes, respectivamente, la eficacia efectiva del enlace del enfoque basado en satélites es de 12 y 17 órdenesde magnitud más alta, respectivamente.
Los fotones enredados distribuidos son fácilmente útiles para la distribución de claves cuánticas basadas en enredos, que, hasta ahora, es la única forma de establecer claves seguras entre dos ubicaciones distantes en la Tierra sin depender de un relé confiable. Otra aplicación inmediata es explotar el enredo distribuido pararealizar una variante del protocolo de teletransportación cuántica para la preparación remota y el control de estados cuánticos.
Esta tecnología basada en satélites abre perspectivas brillantes para comunicaciones cuánticas prácticas y experimentos fundamentales de óptica cuántica a distancias previamente inaccesibles en el suelo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencia y Tecnología de China . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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