Aplicarea tehnologiei fotonicei cu microunde cuantice

Aplicarea cuantieitehnologie fotonica cu microunde

Detectare semnal slab
Una dintre cele mai promițătoare aplicații ale tehnologiei fotonicei cu microunde cuantice este detectarea semnalelor extrem de slabe de microunde/RF. Prin utilizarea detectării unui singur foton, aceste sisteme sunt mult mai sensibile decât metodele tradiționale. De exemplu, cercetătorii au demonstrat un sistem fotonic cuantic cu microunde care poate detecta semnale de până la -112,8 dBm fără nicio amplificare electronică. Această sensibilitate ultra-înaltă îl face ideal pentru aplicații precum comunicațiile în spațiu adânc.

Fotonica cu microundeprocesarea semnalului
Fotonica cu microunde cuantică implementează, de asemenea, funcții de procesare a semnalului cu lățime de bandă mare, cum ar fi defazarea și filtrarea. Folosind un element optic dispersiv și ajustând lungimea de undă a luminii, cercetătorii au demonstrat faptul că faza RF se schimbă până la 8 GHz, lățimi de bandă de filtrare RF de până la 8 GHz. Important, toate aceste caracteristici sunt realizate folosind electronice de 3 GHz, ceea ce arată că performanța depășește limitele tradiționale de lățime de bandă.

Maparea frecvenței non-locale în timp
O capacitate interesantă adusă de încurcarea cuantică este maparea frecvenței non-locale în timp. Această tehnică poate mapa spectrul unei surse cu un singur foton pompat cu undă continuă către un domeniu temporal dintr-o locație îndepărtată. Sistemul folosește perechi de fotoni încâlciți în care un fascicul trece printr-un filtru spectral, iar celălalt trece printr-un element dispersiv. Datorită dependenței de frecvență a fotonilor încurcați, modul de filtrare spectrală este mapat non-local în domeniul timpului.
Figura 1 ilustrează acest concept:

Această metodă poate realiza măsurarea spectrală flexibilă fără a manipula direct sursa de lumină măsurată.

Detecție comprimată
Cuanticoptice pentru microundetehnologia oferă, de asemenea, o nouă metodă pentru detectarea comprimată a semnalelor în bandă largă. Folosind caracterul aleatoriu inerent în detectarea cuantică, cercetătorii au demonstrat un sistem de detectare cuantic comprimat capabil să recupereze10 GHz RFspectre. Sistemul modulează semnalul RF la starea de polarizare a fotonului coerent. Detectarea unui singur foton oferă apoi o matrice naturală de măsurare aleatorie pentru detectarea comprimată. În acest fel, semnalul de bandă largă poate fi restabilit la rata de eșantionare Yarnyquist.

Distribuția cheii cuantice
Pe lângă îmbunătățirea aplicațiilor fotonice tradiționale cu microunde, tehnologia cuantică poate îmbunătăți și sistemele de comunicare cuantică, cum ar fi distribuția cheii cuantice (QKD). Cercetătorii au demonstrat distribuția cheii cuantice multiplex subpurtător (SCM-QKD) prin multiplexarea subpurtătoarelor de fotoni cu microunde pe un sistem de distribuție a cheii cuantice (QKD). Acest lucru permite transmiterea mai multor chei cuantice independente pe o singură lungime de undă a luminii, crescând astfel eficiența spectrală.
Figura 2 prezintă conceptul și rezultatele experimentale ale sistemului SCM-QKD cu purtător dublu:

Deși tehnologia fotonică cuantică cu microunde este promițătoare, există încă câteva provocări:
1. Capacitate limitată în timp real: sistemul actual necesită mult timp de acumulare pentru a reconstrui semnalul.
2. Dificultatea de a trata semnalele de explozie/single: Natura statistică a reconstrucției limitează aplicabilitatea acesteia la semnalele care nu se repetă.
3. Convertiți într-o formă de undă reală cu microunde: sunt necesari pași suplimentari pentru a converti histograma reconstruită într-o formă de undă utilizabilă.
4. Caracteristicile dispozitivului: este necesar un studiu suplimentar al comportamentului dispozitivelor fotonice cuantice și cu microunde în sisteme combinate.
5. Integrare: Cele mai multe sisteme de astăzi folosesc componente discrete voluminoase.

Pentru a aborda aceste provocări și a promova domeniul, apar o serie de direcții de cercetare promițătoare:
1. Dezvoltați noi metode pentru procesarea semnalului în timp real și detectarea unică.
2. Explorați noi aplicații care utilizează sensibilitate ridicată, cum ar fi măsurarea microsferei lichide.
3. Urmărește realizarea de fotoni și electroni integrati pentru a reduce dimensiunea și complexitatea.
4. Studiați interacțiunea îmbunătățită lumină-materie în circuitele fotonice cu microunde cuantice integrate.
5. Combinați tehnologia cuantică a fotonului cu microunde cu alte tehnologii cuantice emergente.