哈Ha！ 我向您呈现《麻省理工学院技术评论》文章“为什么应该在空间中建立量子互联网”的翻译。
物理学家认为，在全球范围内传播量子网络的最佳方法是庞大的轨道卫星群。
由arXiv的Emerging Technology撰写
量子互联网是过去几年里一直在谈论的许多工程师的梦想 。 这个想法是利用光子和电子的异常特性来发送难以置信的安全消息。
该技术对政府和军队都有明显的应用，但是在其中
银行和其他金融领域也很感兴趣，它们需要保护从合同到汇款的所有内容。 更重要的是，这种保护越来越多
由于量子计算机可能会破解所使用的代码，因此需要
保护大多数邮件。
因此，我们提出了一个有趣的问题：“科学家和工程师应如何解决构建覆盖整个地球的量子互联网的问题？”
今天，多亏了Sumeet Khatri及其路易斯安那州立大学的同事，我们有了答案。 他的团队研究了创建量子互联网的各种方法，并证明最经济有效的解决方案是构建一个能够连续向地球发射“纠缠”光子的量子卫星群，也就是说，量子互联网应该是太空。
首先，有一点历史。 任何量子网络的关键都是纠缠的奇怪性质。 即使两个量子粒子相距很远，它们也处于相同状态的现象。 这确保了测量一个粒子的状态会立即影响另一个粒子，这就是爱因斯坦所说的“怪异的远距离作用”。
物理学家通常使用在同一时间同时产生的一对光子来传播纠缠。 当光子以不同的方向发送时，连接它们的复杂性可用于发送安全消息。
问题在于纠缠是脆弱的且难以维护。 光子之一与周围空间之间的任何小相互作用都会破坏连接。 当然，这正是物理学家将光子通过大气层或光纤发送时发生的情况。 光子与大气或玻璃中的其他原子相互作用，从而破坏键。 因此，可以保持混乱的最大距离只有几百公里。
那么如何建立一个覆盖整个星球的量子网络呢？ 一种选择是使用“量子中继器”，该设备可在接收到光子后测量光子的量子特性，并将这些特性传输到发送的新光子上。 这会造成混乱，使您可以将其从一个中继器传送到另一个中继器。 但是，这项技术是实验性的，需要数年才能投入商业使用。
另一种方法是在空间中创建一对复杂的光子，然后将它们发送到地球上的两个不同的站。 这两个站已建立连接，从而可以完全保密地在它们之间交换消息。
2017年，中国卫星墨子首次证明纠缠可以通过这种方式传播。 事实证明，在这种情况下，光子可以传播得更远，因为只有这条路径的最后20公里才能穿过大气层，前提是人造卫星在天空中较高，并且不太靠近地平线。
Khatri and Co. 他们认为，这样的卫星星座是创建全球量子互联网的一种很好的方法。 最重要的是，为了进行安全通信，必须将两个地面站同时连接到同一颗卫星，以便它们可以从中接收纠缠的光子。
卫星应在什么高度飞行才能获得最大的覆盖范围？ 并且需要多少？
目前，卫星是一种昂贵的资源，因此我想在保持完整和连续覆盖范围的前提下，尽可能少地使用它们。 萨米特·哈特里（Samit Khatri＆Co.）
为了给出答案，团队创建了一个这样的星座模型。 事实证明，您需要考虑一些必须做出的重要权衡。 例如，当轨道较高时，较少的卫星可以提供完整的覆盖范围。 但是卫星越高，光子的损失就越大。
此外，低轨道卫星只能覆盖更短的站间距离，因为它们必须同时看到同一颗卫星。
接受这些限制，卡特里和他的团队提出了一个更好的平衡点：一个星座，至少有400颗卫星在海拔3,000公里以上的高度飞行。 为了进行比较，GPS需要花费24颗卫星。
即使这样，地球站之间的最大距离也将被限制为7,500公里。 这意味着该系统可以在伦敦和孟买之间（介于7200公里之间）提供安全的数据传输，但不能在伦敦和休斯敦（彼此之间为7800公里）之间或其他更远的城市之间提供安全的数据传输。 这是一个明显的缺点。
Khatri and Co.表示，尽管如此，空间量子互联网仍然远远优于地面量子中继器系统。 -中继器必须位于小于200公里的路段上，因此要覆盖较大距离，将需要大量此类设备。 这对量子互联网施加了自己的一套限制。
我们认为，卫星比基于纠缠传播的地面模式具有明显优势。 萨米特·哈特里（Samit Khatri＆Co.）
当然，这种系统将需要大量投资。 中国具有明显的优势，那就是已经经历了使用这种技术的卫星。 而且他们不会停止。
同时，在这方面，欧洲和美国的野心较小。 如果这项技术证明了其价值，那么事情就会迅速改变。 然后，一场量子太空竞赛可能即将爆发。