& Bullet; Física 14, 7

Un pequeño prototipo de la red cuántica basada en drones ha transmitido con éxito una señal cuántica a un kilómetro de espacio libre.

X.- H. Tian, ​​H.Y. Liu y ZC / Nanjing Univ.

Droneing. Un nuevo sistema de comunicación cuántica consiste en un dron (izquierda) que genera pares de fotones complejos y los distribuye a las estaciones terrestres. De cada par, un fotón (haz púrpura) viaja directamente al suelo, mientras que el otro (haz rosa) se transmite a través de un segundo dron (derecha).Droneing. Un nuevo sistema de comunicación cuántica consiste en un dron (izquierda) que genera pares de fotones complejos y los distribuye a las estaciones terrestres. De cada par, un fotón (rayo púrpura) viaja directamente al suelo, el otro (rayo rosa) … Mostrar más

Las ondas de radio están llenas de información “clásica” de teléfonos móviles, estaciones de radio y puntos de acceso Wi-Fi, pero un día esas ondas pueden llevar mensajes cifrados cuánticos o entrada de datos a una computadora cuántica. Una nueva prueba es de 1 km. Ha utilizado un par de drones flotantes para transmitir información cuántica a dos estaciones terrestres separadas por [1]. Esta demostración conducirá a una red cuántica basada en drones que puede colocarse en una ciudad o campo y reubicarse fácilmente.

La comunicación cuántica garantiza un intercambio de noticias completamente seguro. Por ejemplo, dos usuarios pueden intercambiar mensajes cifrados utilizando fotones “complejos” y un par de partículas mecánicas cuánticas únicas. Se enviará un fotón a cada par y a cada usuario, quienes serán alertados de cualquier alerta al perder el problema entre los fotones. Uno de los métodos más comunes para enviar mensajes encriptados cuánticos es confiar en fibras ópticas (ver Descripción general: distancia de registro para la criptografía cuántica). Pero en las fibras, una gran parte de los fotones se dispersan antes de alcanzar su objetivo. De manera similar al enlace cuántico establecido con un satélite chino en 2018, más fotones sobrevivirán si los datos cuánticos se transmiten a través de la atmósfera (ver Enfoque: InterContinental, mensajes y videos cifrados cuánticamente). Sin embargo, los satélites son caros y difíciles de adaptar a las cambiantes demandas en tierra.

Los pequeños drones con instrumentos ópticos pueden proporcionar una solución flexible que puede conectar a varios usuarios a una red cuántica. Zenta Xi de la Universidad de Nanjing en China dijo: “Los drones pueden usarse para conectividad cuántica móvil en cualquier momento y lugar. A diferencia de una torre fija, los drones también pueden girar para evitar la contaminación o la niebla.

X.- H. Tian, ​​H.Y. Liu y ZC / Nanjing Univ.

Adquisición de destino. Los rayos de un dron son visibles sobre el área de prueba.

Muchos equipos de todo el mundo operan con sistemas basados ​​en drones. A principios del año pasado, Zee y sus colegas informaron sobre una conexión cuántica utilizando un solo dron estilo octocóptero. [2]. El par de drones generó fotones infrarrojos, cuyas orientaciones polares se enredaron. Usando vigilancia de alta velocidad, el dron envió un fotón a una estación terrestre llamada Alice y otro a una estación terrestre llamada Bob. Para recolectar los fotones entrantes, cada estación estaba equipada con un telescopio con una apertura de 26 mm de ancho y un detector de fotón único.

Sin embargo, un desafío importante para este tipo de comunicación óptica proviene de la variación. A medida que cada fotón se propaga, su onda se propaga como un rayo proveniente de una lámpara incandescente frente a él. Si esta amplificación aumenta el frente de la onda en lugar del orificio telescópico, las posibilidades de que se recoja un fotón son menores. El equipo seleccionó una distancia de 200 m desde la estación hasta la estación para asegurarse de que los efectos de la variación fueran mínimos.

Para aumentar la separación de la estación, la tripulación ahora agregó un segundo dron, que actúa como un relé entre el primer dron y Bob. Este dron recoge fotones del primer dron y choca con la fibra óptica. Este proceso modifica las longitudes de onda de los fotones, similar a lo que hace una lente de enfoque, por lo que es más probable que los fotones lleguen al telescopio de bobina.

En una demostración, el grupo colocó dos drones entre Alice y Bob, una separación de 200 metros de dron a dron y una separación de 400 m de dron a estación, una distancia de estación a estación de 1 km. El detector Alice envió el 25% de los fotones en su dirección desde el primer dron, mientras que el detector de pop envió el 4% de los fotones.

El equipo realizó una versión llamada Prueba de desigualdad de Bell comparando las polaridades de fotones obtenidas en Alice y Bob. Los resultados confirmaron que los fotones eran complejos, por lo que los datos cuánticos escaparon del viaje. Por ejemplo, el equipo planea ampliar el tamaño de la red con varios drones que pueden proporcionar conexiones cuánticas en una ciudad.

George Harder, un ingeniero cuántico de Verigloud, con sede en París, tiene experiencia en la creación de sistemas de problemas de fotones en grandes mesas ópticas. “Me hizo sonreír cuando leí que los profesores pudieron ponerlo todo en un dron”, dice. Añade que esta demostración abre nuevas opciones para las comunicaciones cuánticas. “Hasta ahora, las redes cuánticas requieren redes de fibra especializadas o conexiones satelitales más caras. Los drones complementan los sistemas existentes”.

Una ventaja de un sistema de drones es que permite la comunicación espacial libre entre socios que no tienen visión directa, dice Martin Bowman, experto en información cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias en Viena. Señala que el sistema multitron necesita reducir las pérdidas de transmisión de fotones para competir con otras tecnologías de redes cuánticas, pero cree que tales mejoras son posibles.



– Michael Shirper

Michael Scripper es un autor relacionado Física Ubicado en Lyon, Francia.

Notas

  1. H.Y. Liu Y otros., “Distribución de recintos de relés ópticos utilizando drones como puntos móviles” Física. Rvdo. 126, 020503 (2021).
  2. H.Y. Liu Y otros., “Distribución de problemas basada en drones para redes cuánticas móviles”. Natl. Ciencias. Rvdo. 7, 921 (2020).

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