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. Contohnya, para penyelidik telah menunjukkan sistem fotonik gelombang mikro kuantum yang boleh mengesan isyarat serendah -112.8 dBm tanpa sebarang amplifikasi elektronik. Kepekaan ultra tinggi ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi seperti komunikasi angkasa lepas.

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

Pemetaan frekuensi kepada masa bukan setempat
Satu keupayaan menarik yang disebabkan oleh keterikatan kuantum ialah pemetaan frekuensi bukan setempat kepada masa. Teknik ini boleh memetakan spektrum sumber foton tunggal yang dipam gelombang berterusan kepada domain masa di lokasi terpencil. Sistem ini menggunakan pasangan foton terjerat di mana satu pancaran melalui penapis spektrum dan yang satu lagi melalui elemen serakan. Disebabkan oleh pergantungan frekuensi foton terjerat, mod penapisan spektrum dipetakan bukan setempat kepada domain masa.
Rajah 1 menggambarkan konsep ini:

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

Pengesanan termampat
Kuantumoptik gelombang mikroTeknologi ini juga menyediakan kaedah baharu untuk pengesanan isyarat jalur lebar yang dimampatkan. Menggunakan kerawakan yang wujud dalam pengesanan kuantum, para penyelidik telah menunjukkan sistem pengesanan kuantum yang dimampatkan yang mampu memulihkanRF 10 GHzspektrum. Sistem ini 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 persampelan Yarnyquist.

Pengagihan kunci kuantum
Selain mempertingkatkan aplikasi fotonik gelombang mikro tradisional, teknologi kuantum juga boleh menambah baik sistem komunikasi kuantum seperti taburan kunci kuantum (QKD). Para penyelidik menunjukkan taburan kunci kuantum multipleks subpembawa (SCM-QKD) dengan memultiplekskan subpembawa foton gelombang mikro ke dalam sistem taburan kunci kuantum (QKD). Ini membolehkan berbilang kunci kuantum bebas dihantar melalui satu panjang gelombang cahaya, sekali gus 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 yang tidak berulang.
3. Tukar kepada bentuk 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. Integrasi: Kebanyakan sistem hari ini menggunakan komponen diskret yang besar.

Untuk menangani cabaran-cabaran ini dan memajukan bidang ini, beberapa hala tuju penyelidikan yang berpotensi sedang muncul:
1. Membangunkan kaedah baharu untuk pemprosesan isyarat masa nyata dan pengesanan tunggal.
2. Terokai aplikasi baharu yang menggunakan kepekaan 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. Gabungkan teknologi foton gelombang mikro kuantum dengan teknologi kuantum baharu yang lain.