Aplicarea tehnologiei cu cuantic cu microunde fotonică

Aplicarea cuanticăTehnologie fotonică cu microunde

Detectarea semnalului slab
Una dintre cele mai promițătoare aplicații ale tehnologiei fotonicice cu microunde cuantice este detectarea semnalelor cu microunde/RF extrem de slabe. Prin utilizarea detectării unice a fotonului, aceste sisteme sunt mult mai sensibile decât metodele tradiționale. De exemplu, cercetătorii au demonstrat un sistem fotonic cuantic cu microunde care poate detecta semnale până la -112.8 dBM fără amplificare electronică. Această sensibilitate ultra-ridicată o face ideală pentru aplicații precum comunicații în spațiu profund.

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

Frecvență non-locală pentru cartografierea timpului
O capacitate interesantă provocată de înțelegerea cuantică este cartografierea frecvenței non-locale la timp. Această tehnică poate cartografia spectrul unei surse cu un singur foton pompat cu undă continuă într-un domeniu de timp într-o locație la distanță. Sistemul folosește perechi de fotoni încorporați în care un fascicul trece printr -un filtru spectral, iar celălalt trece printr -un element dispersiv. Datorită dependenței de frecvență a fototonilor încurcați, modul de filtrare spectrală este mapat non-local în domeniul timpului.
Figura 1 ilustrează acest concept:

Această metodă poate obține o măsurare spectrală flexibilă fără a manipula direct sursa de lumină măsurată.

Senzament comprimat
CuanticMicrounde opticTehnologia oferă, de asemenea, o nouă metodă pentru detectarea comprimată a semnalelor de bandă largă. Folosind aleatoriu inerent detectării cuantice, cercetătorii au demonstrat un sistem de detectare cuantic comprimat capabil să se recupereze10 GHz RFSpectre. Sistemul modulează semnalul RF la starea de polarizare a fotonului coerent. Detectarea unui singur fotoni oferă apoi o matrice naturală de măsurare aleatorie pentru detectarea comprimată. În acest fel, semnalul de bandă largă poate fi restaurat la rata de eșantionare Yarnyquist.

Distribuția cuantică a cheilor
Pe lângă îmbunătățirea aplicațiilor fototonice tradiționale cu microunde, tehnologia cuantică poate îmbunătăți, de asemenea, sistemele de comunicații cuantice, cum ar fi distribuția cuantică a cheilor (QKD). Cercetătorii au demonstrat distribuția cuantică cuantică multiplexă a subcarriei (SCM-QKD) prin multiplexarea subcarrierului fotoni cu microunde pe un sistem de distribuție cu cheie cuantică (QKD). Aceasta permite transmiterea mai multor taste cuantice independente pe o singură lungime de undă de lumină, crescând astfel eficiența spectrală.
Figura 2 prezintă conceptul și rezultatele experimentale ale sistemului SCM-QKD cu purtător dual:

Deși tehnologia cu cuantică cu microunde fotonică este promițătoare, există încă unele provocări:
1. Capacitate limitată în timp real: Sistemul curent necesită mult timp de acumulare pentru a reconstrui semnalul.
2. Dificultate de a face față semnalelor de explozie/unice: Natura statistică a reconstrucției își limitează aplicabilitatea la semnale care nu se repetă.
3. Convertiți într -o formă de undă cu microunde reală: sunt necesare etape suplimentare 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: Majoritatea sistemelor folosesc astăzi componente discrete voluminoase.

Pentru a aborda aceste provocări și a avansa 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. Urmăriți realizarea de fotoni și electroni integrați pentru a reduce dimensiunea și complexitatea.
4. Studiați interacțiunea îmbunătățită a materiei luminoase în circuitele fotonice cu microunde cuantice integrate.
5. Combinați tehnologia cu cuantică cu microunde cu alte tehnologii cuantice emergente.