Primjena tehnologije kvantne mikrovalne fotonike

Primjena kvantnogtehnologija mikrovalne fotonike

Otkrivanje slabog signala
Jedna od najperspektivnijih primjena tehnologije kvantne mikrovalne fotonike je otkrivanje izuzetno slabih mikrovalnih/RF signala. Korištenjem otkrivanja jednog fotona, ovi su sustavi daleko osjetljiviji od tradicionalnih metoda. Na primjer, istraživači su pokazali kvantni mikrovalni fotonski sustav koji može otkriti signale do -112,8 dBm bez ikakvog elektroničkog pojačanja. Ova ultra-visoka osjetljivost čini je idealnom za aplikacije kao što su duboko svemirska komunikacija.

Mikrovalna fotonikaobrada signala
Kvantna mikrovalna fotonika također implementira funkcije obrade signala visoke širine kao što su pomicanje i filtriranje faza. Korištenjem disperzivnog optičkog elementa i podešavanjem valne duljine svjetlosti, istraživači su pokazali činjenicu da se RF faza pomiče do 8 GHz RF filtriranja propusnosti do 8 GHz. Važno je da su sve ove značajke postignute pomoću elektronike od 3 GHz, što pokazuje da performanse premašuju tradicionalne granice propusnosti

Ne-lokalna frekvencija do mapiranja vremena
Jedna zanimljiva sposobnost koju je donio kvantna zapletenost je mapiranje ne-lokalne frekvencije do vremena. Ova tehnika može preslikati spektar kontinuiranog vala pumpanog izvora s jednim fototonom na vremensku domenu na udaljenom mjestu. Sustav koristi zapletene fotonske parove u kojima jedan snop prolazi kroz spektralni filter, a drugi prolazi kroz disperzivni element. Zbog frekvencijske ovisnosti zapletenih fotona, način spektralnog filtriranja preslikava se ne-lokalno u vremensku domenu.
Slika 1 prikazuje ovaj koncept:

Ova metoda može postići fleksibilno spektralno mjerenje bez izravnog manipuliranja izmjerenog izvora svjetlosti.

Komprimirano osjetljivo
Kvantnimikrovalna optičkaTehnologija također pruža novu metodu za komprimirano osjet širokopojasnih signala. Koristeći slučajnost svojstvenu kvantnom otkrivanju, istraživači su pokazali kvantni komprimirani senzorski sustav koji se može oporaviti10 GHz RFSpektri. Sustav modulira RF signal u polarizacijsko stanje koherentnog fotona. Detekcija s jednim fotonom tada pruža prirodnu matricu slučajnog mjerenja za komprimirano senzor. Na taj se način širokopojasni signal može vratiti brzinom uzorkovanja Yarnyquista.

Distribucija kvantne ključeve
Osim poboljšanja tradicionalnih mikrovalnih fotonskih aplikacija, kvantna tehnologija također može poboljšati kvantne komunikacijske sustave kao što je distribucija kvantne ključeve (QKD). Istraživači su demonstrirali distribuciju kvantnog ključeva podvoznika multipleksa (SCM-QKD) multipleksiranjem mikrovalnih fotona podkornica na sustav kvantne distribucije ključeva (QKD). To omogućava prenošenje više neovisnih kvantnih tipki preko jedne valne duljine svjetlosti, povećavajući tako spektralnu učinkovitost.
Slika 2 prikazuje koncept i eksperimentalne rezultate SCM-QKD sustava s dvostrukim nosačima:

Iako je tehnologija Quantum Microwave Photonics obećavajuća, još uvijek postoje neki izazovi:
1. Ograničena sposobnost u stvarnom vremenu: Trenutni sustav zahtijeva puno vremena akumulacije za rekonstrukciju signala.
2. Poteškoća u rješavanju praznih/pojedinačnih signala: Statistička priroda rekonstrukcije ograničava njegovu primjenjivost na signale koji se ne ponavljaju.
3. Pretvorite u pravi mikrovalni valni oblik: potrebni su dodatni koraci za pretvaranje rekonstruiranog histograma u upotrebljivi valni oblik.
4. Karakteristike uređaja: Potrebno je daljnje proučavanje ponašanja kvantnih i mikrovalnih fotonskih uređaja u kombiniranim sustavima.
5. Integracija: Većina sustava danas koristi glomazne diskretne komponente.

Za rješavanje ovih izazova i unaprijediti polje, pojavljuju se brojni obećavajući istraživački smjerovi:
1. Razviti nove metode za obradu signala u stvarnom vremenu i pojedinačno otkrivanje.
2. Istražite nove primjene koje koriste visoku osjetljivost, poput mjerenja tekuće mikrosfere.
3. slijedite realizaciju integriranih fotona i elektrona kako biste smanjili veličinu i složenost.
4. Proučite poboljšanu interakciju svjetlosti u integriranim kvantnim mikrovalnim fotonskim krugovima.
5. Kombinirajte kvantnu mikrovalnu foton tehnologiju s ostalim kvantnim tehnologijama u nastajanju.