Het gebruik van verstrengeling voor kwantumcommunicatie over lange afstanden of in de vrije ruimte omvat het tot stand brengen en gebruiken van kwantumverstrengeling tussen twee of meer deeltjes die gescheiden zijn door een aanzienlijke fysieke afstand. Hoewel de overdracht van verstrengelde deeltjes over lange afstanden of door de vrije ruimte veel uitdagingen met zich meebrengt, zijn er verschillende methoden en technieken voorgesteld en onderzocht om dit te bereiken. Hier zijn een paar benaderingen:

1. Quantum-repeaters:

Kwantumrepeaters fungeren als tussenstations die kwantuminformatie over lange afstanden kunnen ontvangen, opslaan en doorsturen. Ze bestaan ​​uit verstrengelde deeltjesparen die op specifieke locaties langs het communicatiekanaal zijn opgeslagen. Binnenkomende verstrengelde deeltjes worden gemeten en gebruikt om nieuwe verstrengeling met lokaal opgeslagen deeltjes te creëren. Dit proces breidt de verstrengeling uit en maakt de overdracht van kwantuminformatie over langere afstanden mogelijk.

2. Kwantumteleportatie:

Kwantumteleportatie is een techniek die de overdracht van kwantuminformatie van de ene locatie naar de andere mogelijk maakt zonder de deeltjes fysiek te verplaatsen. Het gaat om het verstrengelen van twee deeltjes (bijvoorbeeld fotonen of atomen) en het vervolgens sturen van één deeltje naar de verre locatie. Metingen die op de oorspronkelijke locatie aan het verstrengelde deeltje worden uitgevoerd, maken het mogelijk de kwantumtoestand van het tweede deeltje op de verre locatie te reconstrueren, waardoor de kwantuminformatie effectief wordt geteleporteerd.

3. Kwantumfoutcorrectie:

Kwantumcommunicatie over lange afstanden is gevoelig voor ruis, decoherentie en andere omgevingseffecten die kwantumverstrengeling kunnen verstoren. Kwantumfoutcorrectietechnieken worden gebruikt om kwantuminformatie tegen deze fouten te beschermen. Door kwantuminformatie te coderen in meerdere verstrengelde deeltjes en specifieke foutcorrectie-algoritmen toe te passen, wordt het mogelijk fouten die tijdens de verzending optreden, te detecteren en te corrigeren.

4. Kwantumnetwerken en satellietcommunicatie:

Voor kwantumcommunicatie in de vrije ruimte kunnen op satellieten gebaseerde platforms worden gebruikt. Satellieten uitgerust met kwantumcommunicatieapparatuur kunnen verstrengeling tot stand brengen tussen grondstations of met andere satellieten, waardoor veilige communicatie over grote afstanden mogelijk wordt. Kwantumnetwerken met meerdere onderling verbonden knooppunten en communicatiekanalen kunnen ook worden geconstrueerd voor kwantumcommunicatiesystemen op grotere schaal.

5. Op glasvezel gebaseerde kwantumcommunicatie:

Optische vezels bieden een praktisch middel voor kwantumcommunicatie over lange afstanden op aarde. Verstrengelde fotonen of andere kwantumtoestanden kunnen met relatief weinig verlies door optische vezels worden verzonden en kunnen worden verwerkt met behulp van verschillende technieken om kwantumbewerkingen en communicatietaken uit te voeren.

Uitdagingen:

Ondanks deze benaderingen moeten er verschillende uitdagingen worden overwonnen voor praktische kwantumcommunicatie over lange afstanden of in de vrije ruimte. Deze omvatten het handhaven van verstrengeling over lange afstanden, het omgaan met decoherentie-effecten, het efficiënt genereren van verstrengelde deeltjes en het ontwikkelen van robuuste kwantumfoutcorrectietechnieken.

Vooruitgang in kwantumtechnologieën en voortgezet onderzoek op deze gebieden zijn erop gericht om kwantumcommunicatie over lange afstanden en in de vrije ruimte tot een haalbare realiteit te maken voor veilige en efficiënte overdracht van kwantuminformatie.