La comunicación cuántica a largas distancias es esencial para la seguridad de la información y se ha demostrado en espacio libre y fibra con estados bidimensionales, recientemente en distancias superiores a 1200 km entre satélites. Pero el uso de solo dos estados reduce la capacidad de información de los fotones, por lo queel enlace es seguro pero lento. Para hacerlo seguro y rápido se requiere un alfabeto de dimensiones superiores, por ejemplo, usando patrones de luz, de los cuales hay un número infinito. Uno de estos conjuntos de patrones es el momento angular orbital OAM de la luzSe pueden lograr mayores velocidades de bits utilizando OAM como portador de información. Sin embargo, tales estados de fotones decaen cuando se transmiten a largas distancias, por ejemplo, debido al acoplamiento de modo en fibra o turbulencia en espacio libre, lo que requiere una forma de amplificar elseñal. Desafortunadamente, tal "amplificación" no está permitida en el mundo cuántico, pero es posible crear una analogía, llamada repetidor cuántico, similar a los repetidores de fibra óptica en óptica clásica.l redes.
Una parte integral de un repetidor cuántico es la capacidad de enredar dos fotones que nunca han interactuado, un proceso denominado "intercambio de enredos". Esto se logra al interferir dos fotones de pares entrelazados independientes, lo que resulta en los dos fotones restantesenredarse. Esto permite el enredo entre dos puntos distantes sin requerir que un fotón recorra toda la distancia, reduciendo así los efectos de la descomposición y la pérdida. También significa que no es necesario tener una línea de visión entre los doslugares
Un resultado de esto es que la información de un fotón se puede transferir a otro, un proceso llamado teletransportación. Al igual que en la serie de ciencia ficción, Star Trek, donde las personas son "transmitidas" de un lugar a otro, la información es "teletransportado "de un lugar a otro. Si dos fotones están enredados y usted cambia un valor en uno de ellos, entonces el otro también cambia automáticamente. Esto sucede a pesar de que los dos fotones nunca están conectados y, de hecho, están en dos completamente diferenteslugares
En este último trabajo, el equipo realizó la primera demostración experimental de intercambio de enredos y teletransportación para estados de luz de momento angular orbital OAM. Mostraron que se podían establecer correlaciones cuánticas entre fotones previamente independientes, y que esto podría usarse paraenviar información a través de un enlace virtual. Es importante destacar que el esquema es escalable a dimensiones más altas, allanando el camino para la comunicación cuántica a larga distancia con alta capacidad de información.
fondo
Los sistemas de comunicación actuales son muy rápidos, pero no son fundamentalmente seguros. Para hacerlos seguros, los investigadores usan las leyes de la Naturaleza para la codificación explotando las extravagantes propiedades del mundo cuántico. Una de esas propiedades es el enredo. Cuando dos partículas están enredadas, sonconectados en un sentido espeluznante: una medición en uno cambia inmediatamente el estado del otro sin importar cuán separados estén. El enredo es uno de los recursos básicos necesarios para realizar una red cuántica.
Sin embargo, un enlace de comunicación cuántico seguro a larga distancia es muy desafiante: los enlaces cuánticos que usan patrones de luz languidecen a distancias cortas precisamente porque no hay forma de proteger el enlace contra el ruido sin detectar los fotones, pero una vez que se detectan su utilidad esdestruido. Para superar esto, se puede tener una estación de repetición a distancias intermedias, lo que permite compartir información a través de una distancia mucho más larga sin la necesidad de que la información fluya físicamente a través de ese enlace. El ingrediente principal es conseguir fotones independientes para convertirseenredado. Si bien esto se ha demostrado previamente con estados bidimensionales, en este trabajo el equipo mostró la primera demostración con OAM y en espacios de alta dimensión.
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Materiales proporcionado por Universidad de Witwatersrand . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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