Tehnologie optică cuantică cu microunde

Cuanticoptice pentru microundetehnologie
Tehnologie optică cu microundea devenit un domeniu puternic, combinând avantajele tehnologiei optice și cu microunde în procesarea semnalului, comunicare, detectare și alte aspecte. Cu toate acestea, sistemele fotonice cu microunde convenționale se confruntă cu unele limitări cheie, în special în ceea ce privește lățimea de bandă și sensibilitatea. Pentru a depăși aceste provocări, cercetătorii încep să exploreze fotonica cuantică cu microunde – un domeniu nou interesant care combină conceptele tehnologiei cuantice cu fotonica cu microunde.

Fundamentele tehnologiei optice cuantice cu microunde
Miezul tehnologiei optice cuantice cu microunde este înlocuirea opticei tradiționalefotodetectorînlink de fotoni la microundecu un fotodetector cu un singur foton de înaltă sensibilitate. Acest lucru permite sistemului să funcționeze la niveluri de putere optică extrem de scăzute, chiar și până la nivelul unui singur foton, în timp ce crește potențial lățimea de bandă.
Sistemele de fotoni cu microunde tipice includ: 1. Surse cu un singur foton (de exemplu, lasere atenuate 2.Modulator electro-opticpentru codificarea semnalelor cu microunde/RF 3. Componenta de procesare optică a semnalului4. Detectoare cu un singur foton (de exemplu, detectoare supraconductoare cu nanofir) 5. Dispozitive electronice de numărare a unui singur foton dependent de timp (TCSPC)
Figura 1 arată comparația dintre legăturile de fotoni cu microunde tradiționale și legăturile de fotoni cu microunde cuantice:

Diferența cheie este utilizarea detectorilor cu un singur foton și a modulelor TCSPC în loc de fotodiode de mare viteză. Acest lucru permite detectarea semnalelor extrem de slabe, împingând în același timp lățimea de bandă dincolo de limitele fotodetectorilor tradiționali.

Schema de detectare a unui singur foton
Schema de detectare a unui singur foton este foarte importantă pentru sistemele cuantice de fotoni cu microunde. Principiul de funcționare este următorul: 1. Semnalul de declanșare periodic sincronizat cu semnalul măsurat este trimis către modulul TCSPC. 2. Detectorul cu un singur foton emite o serie de impulsuri care reprezintă fotonii detectați. 3. Modulul TCSPC măsoară diferența de timp dintre semnalul de declanșare și fiecare foton detectat. 4. După mai multe bucle de declanșare, se stabilește histograma timpului de detectare. 5. Histograma poate reconstrui forma de undă a semnalului inițial. Matematic, se poate demonstra că probabilitatea detectării unui foton la un moment dat este proporțională cu puterea optică din acel moment. Prin urmare, histograma timpului de detectare poate reprezenta cu acuratețe forma de undă a semnalului măsurat.

Avantajele cheie ale tehnologiei optice cuantice cu microunde
În comparație cu sistemele optice tradiționale cu microunde, fotonica cuantică cu microunde are câteva avantaje cheie: 1. Sensibilitate ultra-înaltă: detectează semnale extrem de slabe până la nivelul unui singur foton. 2. Creșterea lățimii de bandă: nu este limitată de lățimea de bandă a fotodetectorului, ci doar afectată de fluctuația de timp a detectorului cu un singur foton. 3. Anti-interferență îmbunătățită: reconstrucția TCSPC poate filtra semnalele care nu sunt blocate la declanșator. 4. Zgomot redus: Evitați zgomotul cauzat de detectarea și amplificarea fotoelectrică tradițională.