Het gebruik van verstrengeling voor kwantumcommunicatie over lange afstanden of in de vrije ruimte omvat het opzetten van een kwantumkanaal en het implementeren van verschillende sleuteltechnieken voor het verzenden en ontvangen van kwantuminformatie. Hier is een algemeen overzicht van het proces:

1. Verstrengeling genereren:

- Genereer verstrengelde deeltjesparen, meestal fotonen, op een bronlocatie. Dit kan worden bereikt met behulp van verschillende methoden, zoals spontane parametrische down-conversie of op kwantumpunten gebaseerde bronnen.

2. Oprichting van kwantumkanalen:

- Creëer een kwantumkanaal voor het verzenden van de verstrengelde deeltjes over lange afstanden of door de vrije ruimte. Dit kanaal kan een glasvezelverbinding zijn, atmosferische omstandigheden in de vrije ruimte of satellietgebaseerde systemen.

3. Coderen en decoderen:

- Codeer kwantuminformatie op een van de verstrengelde deeltjes (het signaaldeeltje), meestal door de polarisatie, fase of andere vrijheidsgraden te manipuleren.

- Decodeer aan de ontvangende kant de kwantuminformatie door het andere verstrengelde deeltje (het niet-actieve deeltje) op een complementaire manier te meten om de gecodeerde informatie te extraheren.

4. Kwantumfoutcorrectie:

- Kwantumkanalen zijn gevoelig voor ruis en decoherentie, wat fouten in de transmissie kan veroorzaken. Kwantumfoutcorrectietechnieken, zoals kwantum voorwaartse foutcorrectie (QEC), worden gebruikt om de kwantuminformatie tegen deze fouten te beschermen.

5. Kwantumsleutelverdeling (QKD):

- Op verstrengeling gebaseerde QKD is een veel bestudeerde toepassing voor kwantumcommunicatie over lange afstanden. Het maakt de veilige distributie van cryptografische sleutels tussen verre partijen mogelijk.

6. Quantum-repeaters:

- Voor zeer lange afstanden kunnen kwantumrepeaters worden gebruikt. Repeaters bestaan ​​uit vertrouwde knooppunten die verstrengelingszuivering, kwantumgeheugenopslag en verstrengelingsuitwisseling uitvoeren om het bereik van kwantumcommunicatie te vergroten.

7. Satellietgebaseerde kwantumcommunicatie:

- Satellietplatforms bieden de mogelijkheid om kwantumcommunicatieverbindingen tot stand te brengen tussen grondstations of zelfs tussen satellieten. Verstrengelde fotonen kunnen van satellieten naar de aarde of tussen satellieten worden verzonden, waardoor veilige kwantumcommunicatie over lange afstanden mogelijk wordt.

Door deze technieken te implementeren kan verstrengeling worden gebruikt voor kwantumcommunicatie over lange afstanden, inclusief veilige sleuteldistributie, kwantumteleportatie en andere kwantuminformatieverwerkingstaken, over aanzienlijke afstanden of via kanalen in de vrije ruimte. Praktische implementaties worden echter nog steeds geconfronteerd met verschillende uitdagingen, zoals fotonverliezen, decoherentie en het handhaven van de kwantumtoestand tijdens transmissie, wat actieve gebieden van onderzoek en ontwikkeling zijn.