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GN⁺: Voyager 1에서 전송된 비트당 수신된 광자의 수

 (physics.stackexchange.com)
1P by neo 6달전 | favorite | 댓글 1개

Voyager 1이 전송하는 비트당 수신되는 광자의 수

질문

  • 질문자: Craig Gidney
  • 질문 내용: Voyager 1이 지구로 메시지를 보낼 때, 비트당 전송 및 수신되는 광자의 수는 얼마나 되는지 궁금함.

답변 1

계산에 필요한 요소

  • 수신기: 70m 접시 안테나 (예: Deep Space Network의 CDSCC)
  • 전송 주파수: 2.3GHz 또는 8.4GHz (8.4GHz 가정)
  • 수신된 광자: 안테나 접시에 도달하는 모든 광자 또는 전자 회로에 들어가는 광자

답변

  • 전송 속도: Voyager 1은 160비트/초, 23W로 전송
  • 전송 광자 수: 8.3GHz 주파수에서 4×10²⁴ 광자/초, 비트당 2.6×10²² 광자
  • 수신 광자 수: 지구에 도달하는 전력은 3.4×10⁻²² W/m², 70m 접시 안테나로 수집되는 전력은 1.3 아토와트 (1.3×10⁻¹⁸W), 비트당 약 1500 광자
  • 필요한 광자 수: 열 잡음과 회로 잡음을 고려할 때, 8.3GHz에서 비트당 약 25 광자 필요

답변 2

추가 정보

  • 안테나 재질: 탄소 섬유 강화 플라스틱, 금속화되지 않음
  • 효율성: 접시 표면의 효율성은 약 25%, 계산된 값보다 3-5dB 낮을 수 있음
  • 전송 속도: 엔지니어링 트래픽은 40비트/초로 전송, 과학 스트림보다 더 높은 마진

GN⁺의 의견

  • 흥미로운 점: Voyager 1이 여전히 지구와 통신할 수 있다는 사실은 우주 탐사의 놀라운 성과임.
  • 기술적 도전: 먼 거리에서 신호를 수신하는 것은 매우 어려운 작업이며, 이는 안테나 기술과 신호 처리 기술의 발전을 보여줌.
  • 실용적 고려사항: 우주 탐사에서 신호 수신의 효율성을 높이기 위해서는 더 큰 안테나와 더 나은 잡음 처리 기술이 필요함.
  • 관련 기술: 다른 우주 탐사선에서도 유사한 기술이 사용되며, 이는 우주 통신의 중요한 부분임.
  • 비판적 시각: 탄소 섬유 강화 플라스틱의 사용으로 인해 효율성이 떨어질 수 있으며, 이는 장기적인 통신에 영향을 미칠 수 있음.
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neo 6달전  [-]
Hacker News 의견

  • 첫 번째 댓글: 질문이 해커뉴스에서 인기를 끌 줄 몰랐음. 양자 오류 수정 작업 중 반복 코드의 사용 예시를 수집하려 했음. 양자 컴퓨팅은 반복이 오히려 문제를 악화시키기 때문에 어려움. 이를 보호하기 위해 특수한 물리적 속성이나 복잡한 오류 수정 전략이 필요함.

  • 두 번째 댓글: 샤논 한계를 뛰어넘을 수 있음. 샤논은 가우시안 노이즈를 가정하지만, 포톤 카운팅 수신기를 사용하면 포아송 분포를 사용해야 함. PPM 형식과 포톤 카운터를 사용하면 더 나은 성능을 얻을 수 있음.

  • 세 번째 댓글: 통신의 궁극적인 한계에 관심이 있는 사람들에게 Jim Gordon의 논문을 추천함. 물리학 학위가 없어도 이해하기 쉬움. Gordon은 노벨상을 받을 자격이 있었지만 받지 못했음.

  • 네 번째 댓글: 안테나의 방사 에너지가 넓은 영역으로 퍼지는 것이 주요 손실 원인임. 오늘날의 탐사선은 레이저를 사용하여 통신할 수 있을지 궁금함. 레이저는 신호의 방향성을 크게 개선할 수 있음.

  • 다섯 번째 댓글: 보이저 우주 탐사선에 대한 질문을 하다가 깊이 빠져들었음. 기술적인 세부 사항을 이해하기 쉽게 설명한 PDF를 발견함.

  • 여섯 번째 댓글: 보이저가 지구와 어떻게 통신하는지 생각해본 적이 없었음. 보이저가 지구로 포톤을 보내면, 수신 측에서 어떻게 그 포톤을 인식하고 신호를 디코딩하는지 궁금함.

  • 일곱 번째 댓글: 수학이 그렇게 간단할 줄 몰랐음. 저자가 고려하지 않은 것이 있는지, 아니면 그 범위가 타당한지 궁금함.

  • 여덟 번째 댓글: 매우 흥미로움. 하지만 1500개의 포톤이 수신기에 도달하는 것이 너무 적어 신호가 노이즈에 묻힐 것 같음. 보이저가 신호를 여러 번 반복해서 보내는지 궁금함. 더 많은 정보를 어디서 찾을 수 있는지 알고 싶음.

  • 아홉 번째 댓글: 소행성의 레이더 이미징에서 수신된 포톤의 수가 인상적임. 소행성은 더 가깝지만, 레이더 방정식의 수신 전력은 거리의 네제곱에 반비례함.

  • 열 번째 댓글: 포톤에 대한 흥미로운 점은 그것들이 존재하지 않을 수도 있다는 것임. 전자기장은 포톤 수준에서 양자화되지 않음. 포톤은 전자기장이 물질과 상호작용할 때만 존재함. 단일 포톤 실험에서 실제로 측정하는 것이 무엇인지 궁금함.

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