Zastosowanie technologii fotoniki mikrofalowej kwantowej

Zastosowanie kwantówTechnologia fotoniki mikrofalowej

Słabe wykrywanie sygnału
Jednym z najbardziej obiecujących zastosowań technologii fotoniki mikrofalowej jest wykrycie niezwykle słabych sygnałów mikrofal/RF. Wykorzystując wykrywanie pojedynczych fotonów, systemy te są znacznie bardziej wrażliwe niż tradycyjne metody. Na przykład naukowcy wykazali kwantowy system fotoniczny mikrofalowy, który może wykrywać sygnały tak niskie, jak -112,8 dBM bez żadnej wzmocnienia elektronicznego. Ta ultra wysoka wrażliwość sprawia, że ​​idealnie nadaje się do zastosowań, takich jak komunikacja głębokiej przestrzeni.

Fotonika mikrofalowaPrzetwarzanie sygnału
Fotonika mikrofalowa kwantowa implementuje również funkcje przetwarzania sygnału o dużej przepustowości, takie jak przesuwanie fazy i filtrowanie. Używając dyspersyjnego elementu optycznego i dostosowując długość fali światła, naukowcy wykazali fakt, że faza RF przesuwa do 8 GHz RF przepustowości do 8 GHz. Co ważne, wszystkie te funkcje są osiągane przy użyciu elektroniki 3 GHz, co pokazuje, że wydajność przekracza tradycyjne limity przepustowości

Częstotliwość nielokalna do mapowania czasu
Jedną interesującą zdolnością wywołaną przez kwantowe splątanie jest mapowanie częstotliwości nielokalnej do czasu. Ta technika może mapować spektrum środowiskowego źródła pełnometrażowego do domeny czasowej w odległej lokalizacji. System wykorzystuje splątane pary fotonów, w których jedna wiązka przechodzi przez filtr widmowy, a druga przechodzi przez element dyspersyjny. Ze względu na zależność częstotliwości fotonów splątanych tryb filtrowania widmowego jest mapowany nielokalnie do domeny czasowej.
Rysunek 1 ilustruje tę koncepcję:

Ta metoda może osiągnąć elastyczny pomiar spektralny bez bezpośredniego manipulowania zmierzonym źródłem światła.

Skompresowane wykrywanie
KwantOptyczne mikrofaloweTechnologia zapewnia również nową metodę kompresowanego wykrywania sygnałów szerokopasmowych. Korzystając z losowości związanej z wykrywaniem kwantowym, naukowcy wykazali kwantowy układ wykrywania, który jest w stanie odzyskać10 GHz RFwidma. System moduluje sygnał RF do stanu polaryzacji spójnego fotonu. Wykrywanie jednoosotonu zapewnia następnie naturalną losową matrycę pomiaru do kompresowanego wykrywania. W ten sposób sygnał szerokopasmowy można przywrócić przy prędkości próbkowania Yarnyquist.

Kwantowy rozkład klucza
Oprócz ulepszania tradycyjnych aplikacji fotonicznych mikrofalowych technologia kwantowa może również ulepszyć systemy komunikacji kwantowej, takie jak dystrybucja kwantowa (QKD). Naukowcy wykazali multipleksową rozkład klucza multipleksowego (SCM-QKD) przez multipleksowanie podnośników fotonów mikrofalowych do systemu dystrybucji klucza kwantowego (QKD). Umożliwia to przesyłanie wielu niezależnych klawiszy kwantowej na pojedynczej długości fali światła, zwiększając w ten sposób wydajność spektralną.
Rysunek 2 pokazuje koncepcję i eksperymentalne wyniki systemu podwójnego nośnika SCM-QKD:

Chociaż technologia fotoniki mikrofalowej kwantowej jest obiecująca, nadal istnieją pewne wyzwania:
1. Ograniczona zdolność w czasie rzeczywistym: Obecny system wymaga dużo czasu akumulacji na rekonstrukcję sygnału.
2. Trudność w radzeniu sobie z sygnałami serii/pojedynczymi: statystyczny charakter rekonstrukcji ogranicza jej zastosowanie do sygnałów nie powtarzających się.
3. Konwertuj na prawdziwy przebieg mikrofalowy: Wymagane są dodatkowe kroki w celu przekonwertowania zrekonstruowanego histogramu w użyteczny przebieg.
4. Charakterystyka urządzenia: Potrzebne są dalsze badanie zachowania urządzeń fotonicznych kwantowych i mikrofalowych w systemach połączonych.
5. Integracja: Większość systemów wykorzystuje dziś nieporęczne dyskretne komponenty.

Aby sprostać tym wyzwaniom i rozwinąć dziedzinę, pojawia się szereg obiecujących kierunków badań:
1. Opracuj nowe metody przetwarzania sygnału w czasie rzeczywistym i pojedynczego wykrywania.
2. Przeglądaj nowe zastosowania, które wykorzystują wysoką czułość, takie jak pomiar mikrosfery ciekłej.
3. Realizuj realizację zintegrowanych fotonów i elektronów, aby zmniejszyć wielkość i złożoność.
4. Badaj wzmocnioną interakcję światła w zintegrowanych kwantowych obwodach fotonicznych mikrofalowych.
5. Połącz technologię fotonów mikrofalowych kwantowych z innymi powstającymi technologiami kwantowymi.