¿Por qué el quantum de internet debe ser construido en el espacio – MIT Technology Review

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El quantum de internet es un sueño que muchos tecnólogos han expuesto en los últimos años. La idea es explotar las extrañas propiedades cuánticas de los fotones y los electrones para enviar mensajes con perfecta secreto.

Que tiene una obvia aplicación para los gobiernos y los militares, pero es cada vez más de los intereses de los bancos y otras operaciones comerciales que se necesitan para asegurar todo a partir de los contratos a las transacciones financieras. Lo que es más, este tipo de seguridad es cada vez más necesario porque los ordenadores cuánticos serán capaces de romper los códigos que se utilizan en la actualidad para mantener muchos de los mensajes privados.

Y que plantea una pregunta interesante: ¿Cómo deberían los científicos e ingenieros en la tarea de la construcción de un quantum de internet que se extiende por el mundo?

Hoy en día recibimos una respuesta gracias a la labor de Sumeet Khatri y sus colegas en la Universidad Estatal de Luisiana en Baton Rouge. Este equipo ha estudiado las diversas formas en que un quantum de internet podría ser construido y dicen que el enfoque más rentable es crear una constelación de quantum habilitado satélites capaces de continuamente de radiodifusión fotones enredados en el suelo. En otras palabras, el quantum de internet debe estar basada en el espacio.

en Primer lugar, algunos antecedentes. En el corazón de cualquier quantum de la red es la extraña propiedad de enredo. Este es el fenómeno en el que dos partículas cuánticas comparten la misma existencia, incluso si están separados por enormes distancias. Se garantiza que una medición en una de estas partículas de inmediato influye en la otra, una maravilla que Einstein llamó “espeluznante acción a distancia”.

los Físicos suelen distribuir enredo uso de pares de fotones creados en un punto y en un instante en el tiempo. Cuando los fotones son enviados a diferentes lugares, el enredo de la vinculación de ellos pueden ser explotados para enviar mensajes seguros.

El problema es que el entrelazamiento es frágil y difícil de conservar. Cualquier pequeña interacción entre uno de los fotones y de su entorno, se rompe el enlace. De hecho, esto es exactamente lo que sucede cuando los físicos transmitir fotones enredados directamente a través de la atmósfera o a través de fibras ópticas. Los fotones interactúan con otros átomos en la atmósfera o el vidrio, y el enredo es destruido. Resulta que la máxima distancia en la que el entrelazamiento puede ser compartida en este camino es sólo un par de cientos de kilómetros.

entonces, ¿Cómo construir un quantum de internet que comparte enredo en todo el mundo? Una opción es el uso de “quantum repetidores”—los dispositivos que miden las propiedades cuánticas de los fotones a medida que llegan y, a continuación, la transferencia de estas propiedades para nuevos fotones que son enviados en su camino. Esto conserva el enredo, permitiéndole saltar de un repetidor a la siguiente. Sin embargo, esta tecnología es altamente experimental y de varios años de explotación comercial.

Así que otra opción es crear la enredados pares de fotones en el espacio y difusión a dos diferentes estaciones de base en el suelo. Estas estaciones de base, a continuación, enredarse, lo que les permite intercambiar mensajes con perfecta secreto.

En el 2017, un satélite Chino llamado Micius mostró por primera vez que el enredo de hecho puede ser compartida en este camino. Resulta que los fotones pueden viajar mucho más lejos en esta situación, dado que sólo los últimos 20 kilómetros o más de la jornada es a través de la atmósfera, siempre que el satélite está alto en el cielo y no demasiado cerca del horizonte.

Khatri y co decir que una constelación de similar satélites es una forma mucho mejor para crear un global de quantum de internet. La clave es que para comunicarse de forma segura, dos estaciones de tierra debe ser capaz de ver el mismo satélite, al mismo tiempo, de manera que ambos pueden recibir fotones enredados de ella.

¿A qué altura debe a que los satélites de la mosca para proporcionar una cobertura tan amplia como sea posible? Y cuántos serán necesarios? “Desde que los satélites son en la actualidad un recurso caro, a nosotros nos gustaría tener como algunos satélites como sea posible en la red, mientras que todavía mantiene completa y continua cobertura”, dicen Khatri y co.

Para averiguarlo, el equipo de modelado tal constelación. Resulta que hay una serie de compensaciones importantes a tener en cuenta. Por ejemplo, un menor número de satélites pueden proporcionar una cobertura mundial, cuando están en órbita a una altura elevada. Pero altitudes más altas conducen a una mayor fotones de pérdidas.

Además, los satélites en altitudes más bajas puede abarcar sólo a distancias más cortas entre las estaciones base, ya que ambos deben ser capaces de ver el mismo satélite al mismo tiempo.

teniendo en cuenta estas limitaciones, Khatri y co sugieren que el mejor compromiso es una constelación de al menos 400 satélites volando a una altitud de cerca de 3.000 kilómetros. Por el contrario, el GPS funciona con 24 satélites.

Incluso entonces, la distancia máxima entre estaciones base se limita a alrededor de 7.500 kilómetros. Esto significa que un sistema de soporte de mensajería segura entre Londres y Mumbai, que son de 7.200 km de distancia, pero no entre Londres y Houston, a 7800 km de distancia—o, de hecho, entre las ciudades que están más lejos. Eso es una desventaja importante.

sin Embargo, un espacio basado en la internet cuántica significativamente supera a los sistemas terrestres de quantum de los repetidores, decir Khatri y co. Los repetidores tendría que estar espaciadas a intervalos de menos de 200 kilómetros, por lo que cubrir largas distancias requeriría un gran número de ellos. Este presenta su propio conjunto de limitaciones para un quantum de internet. “En consecuencia, constatamos que los satélites ofrecen una ventaja significativa sobre la tierra, basado en el entrelazamiento de distribución”, dicen Khatri y co.

por supuesto, este sistema requiere de una importante inversión. China tiene una ventaja obvia, ya habiendo probado un satélite en órbita con este tipo de tecnología. Y tiene planes de ir más allá.

Por el contrario, Europa y los estados unidos parecen tener menos ambición en este sentido. Que podría cambiar rápidamente si esta tecnología puede demostrar su valía. si es así, el espacio cuántico de la carrera puede ser sólo acerca de calentar.

Ref: arxiv.org/abs/1912.06678 : Espeluznante Acción a Distancia – Recursos-Análisis de la Tasa de un Espacio Basado en el Entrelazamiento-Red de Distribución de la cuantía de Internet