¿Cómo transmite QUESS, el experimento satelital de comunicaciones cuánticas de China, señales entrelazadas?

Realmente debería volver a terminar la otra respuesta. Mientras tanto, aquí hay algunas noticias recientes (de hoy). Leí el artículo de la revista Science ahora y agregué un resumen aquí. Lo mejoraré más mañana.

noticias de hoy: Las noticias actuales son sobre una demostración de producción de pares entrelazados en el espacio y la recepción exitosa de cada miembro del par en una estación terrestre separada. Este es un paso importante, pero no es lo mismo que la transmisión de información de una estación terrestre a otra, ni se acerca a ella. Hasta ahora han confirmado que los pares de fotones recibidos en dos estaciones terrestres están entrelazados.

a continuación: " Fig. 4. Medición de los fotones entrelazados recibidos después de la transmisión por el canal de dos enlaces descendentes. (A) Recuentos normalizados de coincidencia de dos fotones en el ajuste de medición de la base jHi=jVi. (B) Recuentos normalizados en la diagonal base jTi. Los números entre paréntesis representan los recuentos de coincidencia sin procesar de diferentes configuraciones de medición" De la Figura 4 en Yin et al. 2017, Ciencia .

En otras palabras, había polarizadores en cada estación receptora que cambiaban los estados de polarización de forma independiente usando diferentes secuencias en cada sitio. Cuando estaban en combinaciones en las que pasaban ambos fotones entrelazados, la tasa de conteo era mucho más alta que cuando tenían combinaciones en las que no pasaban fotones entrelazados de esta manera en particular . En este caso, los polarizadores en las estaciones terrestres eran células de Pockels (probablemente sincronizadas) que ejecutaban diferentes secuencias de polarización pseudoaleatorias a 4 MHz.

En el futuro , intentarán usar esto para enviar una clave de cifrado de una estación terrestre a la otra estación terrestre. Luego usarían la clave para transmitir datos de manera convencional a través de cualquier enlace de alta velocidad. Podrían usar Internet, fibra dedicada o incluso usar QUESS en un modo fotorrepetidor más simple para un mensaje muy pequeño. Usaría un satélite diferente con telescopios más grandes para un gran ancho de banda, esto sería puramente una demostración. Por supuesto, solo usará fibra en el suelo o "Internet normal" una vez que haya enviado con éxito su clave con fotones entrelazados.

¿Cómo? Usa el pensamiento que a Einstein no le gustó; "Acción espeluznante a distancia". Una estación terrestre (el emisor) manipula los fotones recibidos del espacio de varias maneras, lo que hace que el fotón entrelazado recibido en la otra estación terrestre alcance repentinamente el estado complementario. En muchas demostraciones de Quantum Key Distribution (QKD), el generador de pares entrelazados y una estación receptora están ubicados físicamente mucho más juntos y el único enlace largo es entre el generador de pares y la otra estación receptora. Sin embargo, otras demostraciones usarán caminos de longitud similar para ambos fotones en el par.

Encontré el formato de preguntas y respuestas en LA Times particularmente transparente y útil. Realmente vale la pena ver el video de Science.

• Los Angeles Times: Preguntas y respuestas: El satélite chino rompe un récord de física cuántica, emite fotones entrelazados desde el espacio a la Tierra .
• Ciencia: el satélite cuántico de China logra una "acción espeluznante" a una distancia récord
• BBC: El satélite cuántico de China da un gran salto .
• Ciencia (artículo completo con muro de pago): distribución de enredos basada en satélites en 1200 kilómetros .

a continuación: "Créditos: (Gráfico) C. Bickel/Science; (Datos) Jian-Wei Pan" De Science .

QUESS convierte fotones individuales de luz UV (visible) de un láser de fotodiodo de 405 nm (PL en la figura) en pares de fotones de 810 nm utilizando un cristal KPT polarizado paramétricamente (PPKPT en la figura). El material de cristal KPT similar también se usa en punteros láser verdes de estilo antiguopara convertir pares de fotones de 1064 nm en fotones verdes individuales de 532 nm. QUESS luego usa sus dos sistemas de telescopio. No son idénticos, pero uno está representado esquemáticamente aquí. Uno de los dos haces de fotones entrelazados de 810 nm entra por la parte inferior. Se combina con "haces auxiliares" de 850 nm y 532 nm (descritos a continuación). También hay una cámara que toma muestras de las señales de retorno de la estación terrestre a 671 nm a través del mismo telescopio (arriba a la izquierda) y directamente (abajo). Durante el funcionamiento, uno de estos sistemas apunta a cada una de las dos estaciones terrestres independientes, y cada una sigue el movimiento de la estación terrestre a través de varios niveles de retroalimentación.

a continuación: " Fig. 1. Esquema de la fuente de fotones entrelazados transportada por el espacio y su rendimiento en órbita. (A) El espesor del cristal KTiOPO4 (PPKTP) es de 15 mm. Un par de espejos cóncavos fuera del eje enfocan la bomba láser (PL) en el centro del cristal PPKTP. A la salida del interferómetro de Sagnac, se utilizan dos espejos dicromáticos (DM) y filtros de paso largo para separar los fotones de la señal del láser de bomba. Dos espejos de dirección piezoeléctricos adicionales accionados eléctricamente ( Los PI), controlables de forma remota en el suelo, se utilizan para el ajuste fino de la orientación del haz para una eficiencia de recolección óptima en las fibras monomodo. QWP, placa de cuarto de onda; HWP, placa de media onda; PBS, divisor de haz polarizador ." De la Figura 1A en Yin et al. 2017, Ciencia .

a continuación: " Fig. 2. Los transmisores, receptores y rendimiento de APT. (A) El haz de fotones entrelazados (810 nm) se combina y se alinea con un láser infrarrojo pulsado (850 nm) para sincronización y un láser verde ( 532 nm) para el seguimiento por tres DM y enviado desde un telescopio de 8x. Para la compensación de polarización, dos QWP motorizados y un HWP se controlan de forma remota. Un espejo de dirección rápida (FSM) y una plataforma giratoria de dos ejes se utilizan para lazo cerrado seguimiento fino y grueso, basado en las imágenes láser de baliza de 671 nm capturadas por las cámaras 1 y 2. BE, expansor de haz". De la Figura 2A en Yin et al. 2017, Ciencia .