Aplikasi teknologi fotonik gelombang mikro kuantum

Aplikasi kuantumteknologi fotonik gelombang mikro

Pengesanan isyarat lemah
Salah satu aplikasi teknologi fotonik gelombang mikro kuantum yang paling menjanjikan ialah pengesanan isyarat gelombang mikro/RF yang sangat lemah. Dengan menggunakan pengesanan foton tunggal, sistem ini jauh lebih sensitif daripada kaedah tradisional. Sebagai contoh, penyelidik telah menunjukkan sistem fotonik gelombang mikro kuantum yang boleh mengesan isyarat serendah -112.8 dBm tanpa sebarang penguatan elektronik. Kepekaan ultra tinggi ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi seperti komunikasi ruang dalam.

Fotonik gelombang mikropemprosesan isyarat
Fotonik gelombang mikro kuantum juga melaksanakan fungsi pemprosesan isyarat lebar jalur tinggi seperti peralihan fasa dan penapisan. Dengan menggunakan elemen optik penyebaran dan melaraskan panjang gelombang cahaya, para penyelidik menunjukkan fakta bahawa fasa RF beralih sehingga 8 GHz jalur lebar penapisan RF sehingga 8 GHz. Yang penting, semua ciri ini dicapai menggunakan elektronik 3 GHz, yang menunjukkan bahawa prestasi melebihi had lebar jalur tradisional

Kekerapan bukan tempatan kepada pemetaan masa
Satu keupayaan menarik yang ditimbulkan oleh jalinan kuantum ialah pemetaan frekuensi bukan tempatan kepada masa. Teknik ini boleh memetakan spektrum sumber foton tunggal yang dipam gelombang berterusan ke domain masa di lokasi terpencil. Sistem ini menggunakan pasangan foton terjerat di mana satu rasuk melalui penapis spektrum dan satu lagi melalui unsur penyebaran. Disebabkan oleh pergantungan frekuensi foton terjerat, mod penapisan spektrum dipetakan secara bukan setempat kepada domain masa.
Rajah 1 menggambarkan konsep ini:

Kaedah ini boleh mencapai pengukuran spektrum yang fleksibel tanpa memanipulasi sumber cahaya yang diukur secara langsung.

Penderiaan mampat
Kuantumoptik gelombang mikroteknologi juga menyediakan kaedah baharu untuk penderiaan mampat isyarat jalur lebar. Menggunakan rawak yang wujud dalam pengesanan kuantum, penyelidik telah menunjukkan sistem penderiaan termampat kuantum yang mampu pulihRF 10 GHzspektrum. Sistem memodulasi isyarat RF kepada keadaan polarisasi foton koheren. Pengesanan foton tunggal kemudiannya menyediakan matriks pengukuran rawak semula jadi untuk penderiaan termampat. Dengan cara ini, isyarat jalur lebar boleh dipulihkan pada kadar pensampelan Yarnyquist.

Pengagihan kunci kuantum
Selain mempertingkatkan aplikasi fotonik gelombang mikro tradisional, teknologi kuantum juga boleh meningkatkan sistem komunikasi kuantum seperti pengagihan kunci kuantum (QKD). Para penyelidik menunjukkan pengedaran kunci kuantum multipleks subcarrier (SCM-QKD) dengan memultiplekskan subcarrier foton gelombang mikro ke sistem pengagihan kunci kuantum (QKD). Ini membolehkan berbilang kunci kuantum bebas dihantar melalui satu panjang gelombang cahaya, dengan itu meningkatkan kecekapan spektrum.
Rajah 2 menunjukkan konsep dan keputusan eksperimen sistem SCM-QKD dwi-pembawa:

Walaupun teknologi fotonik gelombang mikro kuantum menjanjikan, masih terdapat beberapa cabaran:
1. Keupayaan masa nyata terhad: Sistem semasa memerlukan banyak masa pengumpulan untuk membina semula isyarat.
2. Kesukaran menangani isyarat pecah/tunggal: Sifat statistik pembinaan semula mengehadkan kebolehgunaannya kepada isyarat tidak berulang.
3. Tukar kepada bentuk gelombang gelombang mikro sebenar: Langkah tambahan diperlukan untuk menukar histogram yang dibina semula kepada bentuk gelombang yang boleh digunakan.
4. Ciri-ciri peranti: Kajian lanjut tentang kelakuan peranti fotonik kuantum dan gelombang mikro dalam sistem gabungan diperlukan.
5. Penyepaduan: Kebanyakan sistem hari ini menggunakan komponen diskret yang besar.

Untuk menangani cabaran ini dan memajukan bidang ini, beberapa hala tuju penyelidikan yang menjanjikan sedang muncul:
1. Membangunkan kaedah baharu untuk pemprosesan isyarat masa nyata dan pengesanan tunggal.
2. Terokai aplikasi baharu yang menggunakan sensitiviti tinggi, seperti pengukuran mikrosfera cecair.
3. Mengejar realisasi foton dan elektron bersepadu untuk mengurangkan saiz dan kerumitan.
4. Kaji interaksi jirim cahaya yang dipertingkatkan dalam litar fotonik gelombang mikro kuantum bersepadu.
5. Menggabungkan teknologi foton gelombang mikro kuantum dengan teknologi kuantum lain yang muncul.