Как китайский спутник квантовой связи QUESS передает запутанные сигналы?

Я действительно должен вернуться к завершению другого ответа. А пока вот несколько последних (сегодняшних) новостей. Я просмотрел статью в журнале Science и добавил здесь краткое изложение. Завтра еще улучшу.

сегодняшние новости: Текущие новости касаются демонстрации создания запутанных пар в космосе и успешного приема каждого члена пары на отдельной наземной станции. Это важный шаг, но это не то же самое и не близко к передаче информации с одной наземной станции на другую. На данный момент они подтвердили, что пары фотонов, полученные двумя наземными станциями, запутаны.

ниже: " Рис. 4. Измерение принятых запутанных фотонов после передачи по двухканальному каналу. (А) Нормированные отсчеты двухфотонных совпадений в постановке измерения базиса jHi=jVi. (Б) Нормированные отсчеты по диагонали jTi. Числа в круглых скобках представляют необработанное количество совпадений для различных настроек измерения». Из рисунка 4 в Yin et al. 2017, Наука .

Другими словами, на каждой приемной станции были поляризаторы, которые независимо меняли состояния поляризации, используя разные последовательности на каждом участке. Когда они оказывались в комбинациях, в которых оба запутанных фотона проходили, скорость счета была намного выше, чем когда у них были комбинации, которые не пропускали запутанные таким образом фотоны . В этом случае поляризаторы на наземных станциях были (вероятно, синхронизированными) ячейками Поккельса, использующими различные псевдослучайные последовательности поляризации на частоте 4 МГц.

В будущем они попытаются использовать это для отправки ключа шифрования с одной наземной станции на другую наземную станцию. Затем они будут использовать ключ для передачи данных обычным способом по любому высокоскоростному каналу. Они могли бы использовать Интернет, выделенное волокно или даже использовать QUESS в более простом режиме фоторетранслятора для очень небольшого сообщения. Вы бы использовали другой спутник с большими телескопами для высокой пропускной способности, это было бы просто демонстрацией. Конечно, вы просто используете волокно на земле или «обычный интернет», как только вы успешно отправили свой ключ с запутанными фотонами.

Как? Используйте мысль, которая не нравилась Эйнштейну; «Жуткое действие на расстоянии». Одна наземная станция (отправитель) манипулирует полученными фотонами из космоса одним из различных способов, заставляя запутанный фотон, полученный на другой наземной станции, внезапно достигать комплементарного состояния. Во многих демонстрациях распределения квантовых ключей (QKD) генератор запутанных пар и одна принимающая станция физически расположены намного ближе друг к другу, и единственная длинная связь проходит между генератором пар и другой принимающей станцией. Однако в других демонстрациях будут использоваться такие же длинные пути для обоих фотонов в паре.

Я нашел формат вопросов и ответов в LA Times особенно прозрачным и полезным. Видео от Science действительно стоит посмотреть.

• Los Angeles Times: Q&A: Китайский спутник побил рекорд квантовой физики, направив запутанные фотоны из космоса на Землю .
• Наука: китайский квантовый спутник совершает «жуткие действия» на рекордном расстоянии
• Би-би-си: Квантовый спутник Китая находится в большом прорыве .
• Наука (полная статья с платным доступом): распределение запутанности на основе спутников на 1200 километров .

ниже: «Кредиты: (Графика) К. Бикель / Наука; (Данные) Цзянь-Вэй Пан» Из науки .

QUESS преобразует одиночные фотоны УФ (видимого) света от фотодиодного лазера с длиной волны 405 нм (PL на рисунке) в пары фотонов с длиной волны 810 нм с помощью параметрически поляризованного кристалла KPT (PPKPT на рисунке). Аналогичный кристаллический материал KPT также используется в зеленых лазерных указках старого типа.для преобразования пар фотонов с длиной волны 1064 нм в одиночные зеленые фотоны с длиной волны 532 нм. Затем QUESS использует свои две телескопические системы. Они не идентичны, но здесь схематично представлен один из них. Один из двух лучей запутанных фотонов с длиной волны 810 нм входит снизу. Он комбинируется с «вспомогательными лучами» 850нм и 532нм (описаны ниже). Также имеется камера дискретизации обратных сигналов от земной станции на 671нм через тот же телескоп (вверху слева) и напрямую (внизу). Во время работы одна из этих систем направлена ​​на каждую из двух независимых наземных станций, и каждая из них отслеживает движение наземной станции через несколько уровней обратной связи.

ниже: Рис . 1. Схема космического источника запутанных фотонов и его характеристики на орбите. (A) Толщина кристалла KTiOPO4 (PPKTP) составляет 15 мм. Пара внеосевых вогнутых зеркал фокусирует лазер накачки (ФЛ) в центре кристалла ППКТП.На выходе интерферометра Саньяка используются два дихроматических зеркала (ДЗ) и длиннопроходные фильтры для отделения сигнальных фотонов от лазера накачки.Два дополнительных пьезоуправляющих зеркала с электроприводом ( PI), дистанционно управляемые на земле, используются для точной настройки наведения луча для оптимальной эффективности сбора в одномодовые волокна QWP, четвертьволновая пластина, HWP, полуволновая пластина, PBS, поляризационный светоделитель ." Из рисунка 1A в Yin et al. 2017, Наука .

ниже: Рис . 2. Передатчики, приемники и характеристики APT. (A) Пучок запутанных фотонов (810 нм) объединяется и выравнивается с импульсным инфракрасным лазером (850 нм) для синхронизации и зеленым лазером ( 532 нм) для слежения тремя ДМ и посылается с 8-кратного телескопа. Для компенсации поляризации дистанционно управляются два моторизованных КВП и ГВП. точное и грубое отслеживание на основе изображений лазера маяка с длиной волны 671 нм, снятых камерами 1 и 2. BE, расширитель луча». Из рисунка 2A в Yin et al. 2017, Наука .