Usar o emaranhamento para comunicação quântica de longa distância ou em espaço livre envolve estabelecer e utilizar partículas emaranhadas ou sistemas quânticos separados por uma distância significativa. Embora avanços experimentais e teóricos tenham sido feitos, a implementação deste conceito apresenta vários desafios. Aqui está uma visão geral de como o emaranhamento pode ser usado na comunicação quântica de longa distância:

1. Geração de emaranhamento:
- Gerar partículas emaranhadas ou sistemas quânticos. As técnicas incluem conversão paramétrica, sistemas baseados em pontos quânticos e muito mais.

2. Canal Quântico:
- Preparar e proteger canais quânticos que possam preservar o emaranhamento. Isso pode envolver fibras ópticas ou configurações de espaço livre. Minimizar o ruído e a decoerência é crucial.

3. Repetidores Quânticos:
- Repetidores quânticos são dispositivos usados ​​para estender o emaranhamento por longas distâncias. Estas estações podem realizar operações de purificação e troca de emaranhamento para manter e estender o emaranhamento.

4. Correção e verificação de erros:
- Protocolos de correção de erros são essenciais para proteger bits quânticos (qubits) durante transmissões de longa distância devido a ruídos e imperfeições. Técnicas como códigos quânticos de correção de erros e teletransporte quântico podem ajudar a detectar e corrigir erros.

5. Comunicação Quântica no Espaço Livre:
- Para a comunicação quântica no espaço livre, partículas emaranhadas podem ser enviadas através da atmosfera, utilizando ligações de satélite ou lasers. No entanto, questões como turbulência e ruído tornam isso um desafio.

6. Teletransporte Quântico:
- O emaranhamento permite o teletransporte quântico, que permite a transferência de informações quânticas de um local para outro sem transportar partículas fisicamente.

Desafios e Limitações:

- Dependência de Distância:A comunicação baseada em emaranhamento torna-se mais desafiadora em distâncias maiores devido a fatores como decoerência e ruído.

- Fidelidade:Manter um emaranhamento de alta qualidade em longas distâncias pode ser um desafio, pois o processo de transmissão pode introduzir erros e decoerência.

- Escalabilidade:A implementação de redes quânticas em grande escala com muitos nós interligados requer avanços teóricos e técnicos significativos.

Embora estes desafios existam, os esforços de investigação continuam a progredir no sentido de uma comunicação quântica escalonável e de longa distância baseada em emaranhados. À medida que as tecnologias melhoram, o potencial para comunicações seguras e resistentes a espionagem, computação distribuída e outras aplicações quânticas pode tornar-se uma realidade.