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Quantum Numbers02:43

Quantum Numbers

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It is said that the energy of an electron in an atom is quantized; that is, it can be equal only to certain specific values and can jump from one energy level to another but not transition smoothly or stay between these levels.
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Energy of a Satellite in a Circular Orbit01:11

Energy of a Satellite in a Circular Orbit

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Thousands of artificial satellites orbit the Earth every day at various distances from the Earth. Satellites that orbit the Earth below an altitude of 1,600 km are considered to be orbiting in low-Earth orbit (LEO). Research satellites and Earth observation satellites are usually placed in LEO, and mostly orbit the Earth in elliptical orbits. Navigation satellites are placed in medium-Earth orbit (MEO), ranging from 2,000 km to 36,000 km from the surface of the Earth. Meanwhile, communication...
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Circular Orbits and Critical Velocity for Satellites01:16

Circular Orbits and Critical Velocity for Satellites

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The Moon orbits around the Earth. In turn, the Earth (and other planets) orbit the Sun. The space directly above our atmosphere is filled with artificial satellites in orbit. One can examine the circular orbit, the simplest kind of orbit, to understand the relationship between the speed and the period of planets and satellites with respect to their positions and the bodies that they orbit.
Nicolaus Copernicus (1473-1543) first suggested that the Earth and all other planets orbit the Sun in...
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The Quantum-Mechanical Model of an Atom02:45

The Quantum-Mechanical Model of an Atom

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Shortly after de Broglie published his ideas that the electron in a hydrogen atom could be better thought of as being a circular standing wave instead of a particle moving in quantized circular orbits, Erwin Schrödinger extended de Broglie’s work by deriving what is now known as the Schrödinger equation. When Schrödinger applied his equation to hydrogen-like atoms, he was able to reproduce Bohr’s expression for the energy and, thus, the Rydberg formula governing hydrogen spectra.
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Introduction to Global Positioning System01:30

Introduction to Global Positioning System

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The Global Positioning System (GPS) revolutionized positioning on Earth, providing precise location data through satellite ranging. The GPS system was developed in 1978 by the U.S. Department of Defense  for military use, and it became available for civilian applications in 1983, transforming fields including navigation, fleet management, and time synchronization for telecommunications systems.GPS consists of satellites in medium Earth orbit, about 20,200 kilometers above the surface,...
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Secondary Distribution01:25

Secondary Distribution

591
Secondary distribution systems provide electrical energy at the utilization voltage levels from distribution transformers to customer meters. Typical secondary voltages in the United States include 120/240 V for residential use, 208Y/120 V for residential and commercial use, and 480Y/277 V for industrial and high-rise commercial use.
In residential areas, 120/240 V single-phase, three-wire service is commonly used for lighting, outlets, and large appliances. Urban areas with high-density loads...
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  • 1Department of Modern Physics and Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China.

Nature
|August 22, 2017
PubMed
Resumen
Este resumen es generado por máquina.

La distribución de claves cuánticas basada en satélites (QKD) supera las limitaciones de distancia de la fibra óptica. Este estudio logró un enlace de comunicación cuántica seguro y de alta velocidad desde un satélite en órbita terrestre baja hasta el suelo.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencia de la información cuántica
  • La comunicación cuántica
  • Tecnología satelital

Sus antecedentes:

  • La distribución de claves cuánticas (QKD) ofrece seguridad de comunicación incondicional utilizando la mecánica cuántica.
  • El QKD terrestre está limitado a unos pocos cientos de kilómetros debido a la pérdida exponencial de fotones en las fibras ópticas y el espacio libre.
  • El QKD basado en satélites presenta una solución para superar las limitaciones de distancia aprovechando la baja pérdida y la decoherencia del espacio.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar y lanzar un satélite en órbita terrestre baja para implementar la distribución de claves cuánticas por satélite.
  • Establecer un enlace de comunicación cuántica fiable y eficiente entre el espacio y la tierra.
  • Demostrar la viabilidad de las redes cuánticas a escala global a través de QKD basado en el espacio.

Principales métodos:

  • Desarrollo y lanzamiento de un satélite dedicado a la órbita terrestre baja para la comunicación cuántica.
  • Implementación del protocolo QKD de estado señuelo, que es robusto contra los ataques de división de número de fotones.
  • Transmisión de estados cuánticos desde el satélite a una estación terrestre a largas distancias.

Principales resultados:

  • Logrado una velocidad clave de kilohertz para la distribución de la clave cuántica desde el satélite a la tierra.
  • Demostró una transmisión exitosa de estado cuántico a una distancia de hasta 1.200 kilómetros.
  • La velocidad clave alcanzada es aproximadamente 20 órdenes de magnitud más alta que la que es posible con fibras ópticas de longitud similar.

Conclusiones:

  • El QKD de estado señuelo basado en satélite es una tecnología viable para establecer una comunicación cuántica segura a larga distancia.
  • El enlace cuántico espacio-tierra desarrollado supera significativamente el rendimiento de los sistemas terrestres basados en fibra.
  • Este avance allana el camino para la realización de una red cuántica a escala mundial.