Ist die Quantenverschränkungstechnologie für die interplanetare Kommunikation in Zukunft möglich, um eine niedrige Echtzeitlatenz zu erreichen?

Es gibt eine kleine Debatte über die Kommentarsitzung im NASA Lands InSight on Mars -Video, das von JPL hochgeladen wurde. Das anderthalbminütige Video handelt von dem wesentlichen Teil des EDL-Events von InSight, das aus der vollständigen Live-Übertragung vom 26. November herausgeschnitten wurde.


Der Kommentator hat einen Kommentar gepostet: „Die eigentliche Feier ist 7 Minuten verspätet.“ In der Antwortsitzung behauptet ein indischer Benutzer namens SCIENCE SIDE, dass er derzeit in Theoretischer Physik, IISc Bangalore, promoviert. Er antwortete, dass wir die Signale mit Hilfe von MarCO CubeSats tatsächlich in nur 1-2 Sekunden empfangen haben. Später folgte er mit Verwirrung anderer Benutzer seiner Aussage und bat um Klarstellung. Er erwähnte dann, dass es sich um Quantenverschränkung für die Kommunikation handelt.

Unabhängig davon, ob das stimmt oder nicht, möchte ich dennoch Folgendes fragen: Könnte die Verwendung verschränkter Photonen stattdessen für die interplanetare Kommunikation (zwischen Erde und Mars) verwendet werden, um die Echtzeitlatenz in Zukunft so weit wie möglich zu verkürzen?

Eine Aussage zur Quantenverschränkung aus Wikipedia

Verschränkung gilt als grundlegend für die Quantenmechanik, auch wenn sie anfangs nicht erkannt wurde. Quantenverschränkung wurde experimentell mit Photonen , Neutrinos , Elektronen , Molekülen so groß wie Buckyballs und sogar kleinen Diamanten demonstriert. Die Nutzung der Verschränkung in Kommunikation und Berechnung ist ein sehr aktives Forschungsgebiet.

**Notieren Sie mich, wenn dies als Cross-Site-Frage mit einer anderen SE-Site betrachtet wird. Fügen Sie eine zuordenbare nützliche Referenz zur Kommunikation im Weltraum bei.

Ich habe aus zwei Gründen kleine Änderungen vorgenommen: 1) verschränkte Photonen funktionieren im Prinzip für Radio oder Licht oder jede andere Wellenlänge, 2) die Kommentare sind möglicherweise nicht wahr, aber Sie möchten nicht, dass dies Ihre Frage entkräftet, was gut ist!
In Bezug auf die Endnote könnte diese Frage sicherlich bei physical.SE oder skeptics.SE gestellt werden. (Aber bei Skeptikern bräuchte man etwas mehr als einen zufälligen YouTube-Kommentator, um die Frage bemerkenswert zu machen . Nicht schwer. Quantenverschränkung ist in der populären Presse vollständig mit Quantenwoo verstrickt.) Die Frage würde als Duplikat geschlossen; Ähnliche Fragen wurden an beiden Standorten mehrfach gestellt und beantwortet.
Relevantes xkcd: xkcd.com/1591 .
Ich denke, das Beste, was Sie erreichen können, ist, die für die kryptografische Kommunikation erforderliche Zeit zu halbieren (die sonst doppelt so viel dauern würde wie unverschlüsselt). Sie können die Quantenverschränkung für die FTL-Kommunikation verwenden, wenn Ihre Kommunikation ausschließlich aus weißem Rauschen besteht. Und obwohl das weiße Rauschen selbst keine nützlichen Informationen enthält, kann es verwendet werden, um kryptografische Schlüssel zu erstellen. Das Kryptogramm muss immer noch auf traditionelle Weise gesendet werden, aber Sie müssen nicht warten, bis Sie den Schlüssel erhalten – Sie können ihn aus einem Vorrat verschränkter Partikel generieren, von denen die andere Hälfte die andere Partei hat.
Zitat: "Ich bin mir verdammt sicher, dass es für die Kommunikation verwendet wird ... Ich bin mir verdammt sicher, Alter ...!! Sogar ich weiß, dass es Mathematik ist." Moral der Geschichte: Ignorieren Sie Sessel-"Wissenschaftler" in YouTube-Kommentaren.
@SF Die Verwendung verschränkter Partikel verkürzt die Übertragungszeit nicht wirklich. der Schlüssel wurde gerade in Form des „Verstrickungsvorrats“ vorübermittelt. Sie können dies viel einfacher tun, indem Sie einen Nur-Lese-Speicher versenden, der einige zufällige Bits enthält. Was ein Quantenschlüssel Ihnen bringt, ist, dass er nicht dupliziert werden kann , da er nur einmal gelesen werden kann.
@IMSoP: "Der Schlüssel wurde gerade vorab übermittelt, impliziert, dass die Quantenzustände der Teilchen bereits zum Zeitpunkt ihrer Entstehung bestimmt sind - "versteckte Variablen".
@SF Ich bin mir sicher, dass Sie eine sehr wichtige physische Unterscheidung treffen, aber in Bezug auf Signalisierung und Kryptografie halte ich sie nicht für relevant: Einiges Material wurde im Voraus übertragen, das zum Erstellen des Schlüssels verwendet wird. Dies ähnelt dem Versand eines Algorithmus mit geheimen Parametern, aus denen der echte Schlüssel abgeleitet wird. Ein Satz unverschränkter Teilchen in einem bekannten Zustand könnte auf genau die gleiche Weise übertragen und auf genau die gleiche Weise als einmaliger Schlüssel verwendet werden. Der Vorteil der Verwendung verwickelter Partikel ist die Unfähigkeit, sie zu klonen, nicht die Möglichkeit, sie schneller irgendwohin zu bringen.
Einfacher ausgedrückt wird die Verschränkung als Anti-Manipulations-/Abhörmechanismus verwendet, nicht als Mechanismus für die Übertragung von Informationen.
unterschiedlich, aber verwandt: Techniken für digitale superluminale Kommunikation und gleiche Antwort (nein).

Antworten (4)

Scheinbar nicht:

Ich mag diese Quora-Antwort . Hier ist ein Teil davon, der Rest ist auch lesenswert:

Kein Experiment, das mit verschränkten Photonen durchgeführt wurde, hat jemals eine schnellere als Lichtkommunikation gezeigt!

Es gab viele solcher Experimente. Sie suchten nicht nach einer schnelleren als leichten Kommunikation. Sie testeten die Quantenmechanik anhand von Einsteins lokaler versteckter Variablenhypothese. Sie haben im Wesentlichen gezeigt, dass die Quantenmechanik wie angekündigt funktioniert.

Darüber hinaus gibt es keine Vorschläge für eine schnellere als Lichtkommunikation unter Verwendung verschränkter Teilchen!

Wenn es jemals den geringsten Hinweis darauf gäbe, dass FTL-Kommunikation möglich ist, erwarten Sie eine Medienexplosion … Die Welt würde es definitiv bemerken und es wäre nicht nötig, solche Fragen auf Quora zu stellen.

So wie sie aussieht, ist die Quantenmechanik immer noch mit der Kausalität vereinbar und mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbar. Das bedeutet, dass keine Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden.


Zusätzlicher Hintergrund:

Der Forbes-Artikel/Blogpost The Real Reasons Quantum Entanglement Doesn't Allow Faster-Than-Light Communication geht sehr detailliert auf dieses Thema ein. Die Illustration erinnert uns daran, was Kommunikation mit verschränkten Photonen wirklich bedeutet. Sie erzeugen woanders ein Paar, und jede der beiden fraglichen Parteien erhält ein Mitglied des verschränkten Paares.

Naiverweise könnte man meinen, wenn die beiden Wege äquidistant wären und eine Person mit einem Photon „etwas tut“, wenn sie es empfängt, würde dies „gleichzeitig“ dazu „führen“, dass das andere Photon „davon weiß“ und daher „das andere tut“. Ding". In den hilfreichen Kommentaren unten können unterschiedliche Interpretationen des Wortes „sofort“ der Grund für das häufige Missverständnis sein . Dies ist das Ausmaß meines Verständnisses dafür, warum einige Leute, einschließlich mir, auf die Idee kommen, dass verschränkte Photonen FTL-Kommunikation ermöglichen könnten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Genießen Sie auch Veritasiums Video Quantum Entanglement & Spooky Action at a Distance, das einige der Grundlagen von Experimenten mit verschränkten Photonen hervorragend erklärt und am Ende anspricht, warum FTL-Kommunikation mit ihnen nicht für möglich gehalten wird.

Während "sofort" oder "gleichzeitig" tatsächlich keine gültigen Begriffe sind, um Raum-Zeit-Beziehungen zu beschreiben, geht es hier nicht um ihre genauen möglichen Bedeutungen. (Ein Szenario, das ausreicht, um auf eine „sehr schnelle“ Kommunikation hoffen zu können, besteht darin, den Quantenzustand eines Teilchens zu bestimmen, das mit einem anderen weit entfernten Teilchen verschränkt ist, und dann dorthin zu reisen, um es zu sagen, und der Beobachter am anderen Ort sagt: „Das weiß ich schon lange lange Zeit".) Das Problem ist , dass Sie auf diese Weise nichts kommunizieren können.
Für eine ausführlichere und längere Antwort darauf, warum diese Frage überhaupt so oft gestellt wurde und was die richtige Antwort darauf ist, sehen Sie sich bitte dieses Video an: youtube.com/watch?v=dEaecUuEqfc (The Quantum Conspiracy: What Popularizers of QM Don' t Want You to Know / Ron Garret – der Titel ist ein Witz, es gibt keine tatsächliche Verschwörung oder auch nur den Hinweis darauf.)
@Ashnur "... es gibt keine wirkliche Verschwörung ..." das wollen sie, dass du denkst! Nur ein Scherz! Ich habe schon ein oder zwei Google Tech Talks gesehen und sie waren großartig. Vielen Dank für diesen Link! Ich werde es dieses Wochenende mal beobachten.

Er antwortete, dass wir die Signale mit Hilfe von MarCO CubeSats tatsächlich in nur 1-2 Sekunden empfangen haben. Später folgte er mit Verwirrung anderer Benutzer seiner Aussage und bat um Klarstellung. Er erwähnte dann, dass es sich um Quantenverschränkung für die Kommunikation handelt.

Das ist Unsinn; Die MarCOs empfingen die Signale in 1-2 Sekunden, aber die Weiterleitung der Signale zur Erde dauerte die übliche Verzögerung von mehreren Minuten mit Lichtgeschwindigkeit.

Die Quantenverschränkung bietet derzeit keine Möglichkeit, eine Kommunikation schneller als Licht zu erreichen. Die Gründe sind komplex, aber Sie können hier eine Übersicht lesen . MarCO war nicht mit Quantenverschränkungs-Kommunikationsgeräten ausgestattet.

Ich habe die Frage zur gleichen Zeit bearbeitet, als Sie gepostet haben, aber ich glaube nicht, dass dies die Eignung Ihrer Antwort ändert.
Eigentlich habe ich seiner Aussage auch nicht geglaubt; in denen das überhaupt keinen Sinn macht. Aus diesem Grund habe ich versucht, meine Frage auf die Quantenverschränkung in der interplanetaren Kommunikation zu konzentrieren, anstatt über seine Aussage zu debattieren, die meine Frage und ihre Bedeutung verdrehen würde :)
Kommentar zu diesem Link, nicht dass es einfacher zu verstehen wäre ... forbes.com/sites/chadorzel/2016/05/04/…
"bietet derzeit keinen praktischen Weg" - Es wird niemals einen Weg bieten, praktisch oder nicht.
@JollyJoker, es sei denn, wir liegen in etwas falsch, was der Fall sein kann.
„praktisch“ entfernt, aber „nie“ über technologische Entwicklung zu sagen, ist normalerweise eine schlechte Wette.

Als jemand, der tief in die Quanteninformations-/Verschränkungsforschung involviert ist: Sie können Verschränkung unter keinen Umständen verwenden, um schneller als Lichtgeschwindigkeit zu kommunizieren. Immer.

Das „No-Signaling-Prinzip“ besagt, dass auch mit allen Tricks aus dem Quantenbuch keine Information schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen werden kann. Wenn es verletzt wird, kann eine Reihe von Verrücktheiten auftreten, die meistens die Kausalität verletzen. Niemand hat ernsthaft vorgeschlagen, dass wir gegen das No-Signaling-Prinzip verstoßen können; Informatiker haben sich die Folgen angeschaut und sie sind … spannend.

Sie können Quantenverschränkung verwenden, um zufällige Informationen zwischen getrennten Parteien zu verteilen, aber selbst das hängt davon ab, ob Sie Ihre Messungen entweder im Voraus oder im Nachhinein korrelieren. Dies kann nicht verwendet werden, um bestimmte Informationen zu senden.

„Sie können unter keinen Umständen Verschränkung verwenden, um schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu kommunizieren. -- Im Rahmen der Quantenmechanik, also vorausgesetzt, die Quantenmechanik ist eine hinreichend korrekte Theorie. Natürlich erwartet jeder, dass die Realität kausal ist (also nicht schneller als Lichtkommunikation), aber "immer". ist zu stark formuliert ;)
@s.harp: Es ist nicht zu stark formuliert. Wenn so etwas möglich wäre, würde es völlig außerhalb der QM-Modelle liegen und somit nicht "Quantenverschränkung verwenden", sondern eine neue Theorie verwenden.
Können Sie zufällige Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit verteilen?
@GraphTheory: Nein, und schon die Frage deutet auf ein Missverständnis dessen hin, was Wörter wie "zufällig" und "Information" bedeuten.
Ist das eine passende Analogie? Einige Videospiele (z. B. Minecraft) verfügen über eine prozedurale Weltgenerierung, bei der eine einzelne Zahl bereitgestellt werden kann, um einen Pseudozufallszahlengenerator zu starten, der dann verwendet wird, um eine enorm komplexe Spielwelt zu generieren. Wenn zwei Menschen auf entgegengesetzten Seiten der Welt ihren Seed teilen, können sie beide individuell genau dieselbe Spielwelt erzeugen, ohne dass eine weitere Kommunikation zwischen ihnen erforderlich ist. Aber wenn einer von ihnen beispielsweise ein Haus in seiner Welt baut, kann der andere Spieler es ohne Kommunikation nicht sehen.
@R .. Ich verwende die Sprache der Antwort. "Sie können Quantenverschränkung verwenden, um zufällige Informationen zwischen getrennten Parteien zu verteilen." Mein derzeitiges Verständnis ist, dass Sie scheinbar zufällige, aber korrelierte Signale zwischen zwei Parteien ftl über Verschränkung austauschen und dann Beobachtungsinformationen auf dem "normalen Weg" (langsamer als Licht) senden können, um einen Sinn daraus zu machen. Sie tauschen also immer noch "etwas" aus, verletzen aber nicht die Kausalität. Ist das richtig?
@GraphTheory: Nein, Sie "tauschen" in keiner Weise Informationen aus. Von der Information her ist diese Methode gleichbedeutend mit dem klassischen Einkleben von Papieren mit der Aufschrift „0“ und „1“ in zwei Umschläge, das Mischen der Umschläge, das weit auseinander nehmen, dann das Öffnen des Umschlags und das Ziehen eines Fazits über das, was ist im anderen Umschlag. Der einzige Unterschied ist das Fehlen einer lokalen verborgenen Variablen (von der Sie annehmen, dass sie im Fall der Umschläge existiert) mit dem "realen Zustand" beider Mitglieder des verschränkten Paares (die nicht existiert).
Insbesondere sind keinerlei FTL-Reisen damit verbunden. Das Auseinanderbewegen des verschränkten Paares unterliegt allen physikalischen Einschränkungen, wie dies erreicht werden könnte.
@R .. Okay, ich denke, das ist die Quelle meiner Verwirrung. Inwiefern beeinflusst die Beobachtung eines Teilchens den Zustand des anderen, nachdem Sie das verschränkte Paar auseinander bewegt haben? Ich hatte den Eindruck, dass die Beobachtung Ihres Teilchens den Zustand des anderen Teilchens physikalisch verändert .
@GraphTheory: Diese Ansicht ist eine Folge der Schrecklichkeit der Kopenhagener Interpretation, bei der das Wort "Zusammenbruch" auf eine physische Veränderung hindeutet. Wenn es eine solche physikalische Veränderung gab, liegt sie außerhalb des Bereichs von irgendetwas, das QM oder eine andere physikalische Theorie beschreiben oder Vorhersagen treffen kann, also vom Standpunkt der Fähigkeit, QM anzuwenden, um Vorhersagen zu treffen / „etwas zu tun“, es ist nicht da und nicht sinnvoll.
Eine bessere Art, über „Zusammenbruch“ nachzudenken, ist wie eine bedingte Wahrscheinlichkeit, bei der sich Ihre Fähigkeit, Vorhersagen über andere korrelierte Dinge zu treffen, verbessert, wenn Sie neue Informationen entdecken. Ein klassisches Beispiel: Als zufällige Person haben Sie vielleicht eine Wahrscheinlichkeit von X %, an einer bestimmten Erkrankung zu sterben, aber nachdem DNA-Tests durchgeführt wurden, beträgt Ihre persönliche Wahrscheinlichkeit Y % (vielleicht weniger, vielleicht mehr). Nichts (naja, außer dem Zustand der Neuronen usw.) hat sich physikalisch durch das neue Wissen geändert; Sie haben vielmehr nur neue Informationen erhalten, mit denen Sie bessere Vorhersagen treffen können.

Ich habe jahrelang versucht, dieses Thema zu verstehen, aber nie wirklich verstanden. Aber die erste Antwort liefert einen großartigen Artikel , bei dem es bei mir endlich klick gemacht hat.

Der Teil, der in vielen Erklärungen fehlt und der wichtigste Teil ist, ist:

Es ist ein brillanter Plan, aber es gibt ein Problem: Die Verschränkung funktioniert nur, wenn Sie ein Teilchen fragen: „In welchem ​​​​Zustand befinden Sie sich?“ Wenn Sie ein verschränktes Teilchen in einen bestimmten Zustand zwingen, brechen Sie die Verschränkung auf , und die Messung, die Sie auf der Erde vornehmen, ist völlig unabhängig von der Messung am fernen Stern.

Ich bin mir nicht sicher, ob das, was der Artikel sagt, technisch nicht korrekt ist oder warum andere Quellen es nicht erwähnen, aber es hat mir sehr geholfen, das Problem zu verstehen.

Eine Nicht-Quanten-Analogie: Sie bestellen zwei Pizzen, eine mit Knoblauch und eine ohne. Sie geben zwei Adressen an, Ihre eigene und die eines Freundes. Wenn du eine Pizza ohne Knoblauch bekommst, weißt du sofort, dass dein Freund die mit Knoblauch bekommen hat. Das ist jetzt der knifflige Teil: Wenn Sie Knoblauch auf die Pizza geben, die Sie haben, wird der Knoblauch nicht von der Pizza Ihres Freundes entfernt.
Das wären Einsteins verborgene Variablen. Bei QT sind beide Ergebnisse möglich.
Mönchsorden ist ein Hot Dog: „Mach mich eins mit allem“. Einstein bestellt eine Pizza, "hold the hidden variables". Tolle Antwort, vielen Dank!