Usar o emaranhamento para comunicação quântica de longa distância ou em espaço livre envolve o estabelecimento de um canal quântico e a implementação de várias técnicas importantes para transmitir e receber informações quânticas. Aqui está uma visão geral do processo:

1. Geração de emaranhamento:
- Gerar pares de partículas emaranhadas, normalmente fótons, em um local de origem. Isso pode ser alcançado usando vários métodos, como conversão paramétrica espontânea ou fontes baseadas em pontos quânticos.

2. Estabelecimento de canal quântico:
- Crie um canal quântico para transmitir as partículas emaranhadas por longas distâncias ou através do espaço livre. Este canal pode ser um link de fibra óptica, condições atmosféricas no espaço livre ou sistemas baseados em satélite.

3. Codificação e decodificação:
- Codifique informações quânticas em uma das partículas emaranhadas (a partícula sinal), normalmente manipulando sua polarização, fase ou outros graus de liberdade.
- Na extremidade receptora, decodifique a informação quântica medindo a outra partícula emaranhada (a partícula intermediária) de forma complementar para extrair a informação codificada.

4. Correção de erro quântico:
- Os canais quânticos são suscetíveis a ruídos e decoerências, o que pode introduzir erros na transmissão. Técnicas de correção quântica de erros, como a correção quântica de erros (QEC), são usadas para proteger as informações quânticas desses erros.

5. Distribuição de Chave Quântica (QKD):
- QKD baseado em emaranhamento é uma aplicação amplamente estudada para comunicação quântica de longa distância. Permite a distribuição segura de chaves criptográficas entre partes distantes.

6. Repetidores Quânticos:
- Para distâncias muito longas, podem ser usados ​​repetidores quânticos. Os repetidores consistem em nós confiáveis ​​que realizam purificação de emaranhamento, armazenamento de memória quântica e troca de emaranhamento para estender o alcance da comunicação quântica.

7. Comunicação quântica baseada em satélite:
- As plataformas de satélite oferecem potencial para estabelecer ligações de comunicação quântica entre estações terrestres ou mesmo entre satélites. Os fótons emaranhados podem ser transmitidos de satélites para a Terra ou entre satélites, permitindo comunicação quântica segura e de longa distância.

Ao implementar essas técnicas, o emaranhamento pode ser utilizado para comunicação quântica de longa distância, incluindo distribuição segura de chaves, teletransporte quântico e outras tarefas de processamento de informações quânticas, em distâncias significativas ou através de canais de espaço livre. No entanto, as implementações práticas ainda enfrentam vários desafios, como perdas de fótons, decoerência e manutenção do estado quântico durante a transmissão, que são áreas ativas de pesquisa e desenvolvimento.