A kvantum alkalmazásamikrohullámú fotonikai technológia
Gyenge jel észlelése
A kvantummikrohullámú fotonika technológia egyik legígéretesebb alkalmazása a rendkívül gyenge mikrohullámú/RF jelek detektálása. Az egyfotonos detektálás használatával ezek a rendszerek sokkal érzékenyebbek, mint a hagyományos módszerek. A kutatók például egy kvantummikrohullámú fotonikus rendszert mutattak be, amely akár -112,8 dBm jeleket is képes érzékelni elektronikus erősítés nélkül. Ez az ultra-nagy érzékenység ideálissá teszi olyan alkalmazásokhoz, mint például a mélyűri kommunikáció.
Mikrohullámú fotonikajelfeldolgozás
A kvantummikrohullámú fotonika olyan nagy sávszélességű jelfeldolgozási funkciókat is megvalósít, mint a fáziseltolás és a szűrés. Egy diszperzív optikai elem használatával és a fény hullámhosszának beállításával a kutatók kimutatták, hogy az RF fáziseltolódás 8 GHz-ig terjedő RF szűrési sávszélességek 8 GHz-ig. Fontos, hogy ezeket a funkciókat 3 GHz-es elektronikával érik el, ami azt mutatja, hogy a teljesítmény meghaladja a hagyományos sávszélesség-korlátokat.
Nem helyi frekvencia-idő leképezés
A kvantumösszefonódás egyik érdekes képessége a nem lokális frekvencia időhöz való leképezése. Ez a technika leképezheti a folytonos hullámú pumpás egyfotonforrás spektrumát egy távoli helyen lévő időtartományra. A rendszer összefonódott fotonpárokat használ, amelyekben az egyik nyaláb egy spektrális szűrőn, a másik pedig egy diszpergáló elemen halad át. Az összefonódott fotonok frekvenciafüggése miatt a spektrális szűrési mód nem lokálisan van leképezve az időtartományra.
Az 1. ábra ezt a koncepciót szemlélteti:
Ezzel a módszerrel rugalmas spektrummérés érhető el a mért fényforrás közvetlen manipulálása nélkül.
Tömörített érzékelés
Kvantummikrohullámú optikaiA technológia egy új módszert is kínál a szélessávú jelek tömörített érzékelésére. A kvantumdetektálásban rejlő véletlenszerűséget felhasználva a kutatók egy kvantumtömörített érzékelőrendszert mutattak be, amely képes helyreállni.10 GHz RFspektrumok. A rendszer az RF jelet a koherens foton polarizációs állapotára modulálja. Az egyfoton érzékelés természetes véletlenszerű mérési mátrixot biztosít a tömörített érzékeléshez. Ily módon a szélessávú jel visszaállítható a Yarnyquist mintavételezési gyakorisággal.
Kvantumkulcs-eloszlás
A hagyományos mikrohullámú fotonikus alkalmazások fejlesztése mellett a kvantumtechnológia javíthatja a kvantumkommunikációs rendszereket, például a kvantumkulcs-elosztást (QKD). A kutatók az alvivő multiplex kvantumkulcs-eloszlást (SCM-QKD) demonstrálták a mikrohullámú fotonok segédvivőjének kvantumkulcs-eloszlási (QKD) rendszerre való multiplexelésével. Ez lehetővé teszi több független kvantumkulcs továbbítását egyetlen fényhullámhosszon, ezáltal növelve a spektrális hatékonyságot.
A 2. ábra a kétvivős SCM-QKD rendszer koncepcióját és kísérleti eredményeit mutatja:
Bár a kvantummikrohullámú fotonikai technológia ígéretes, még mindig vannak kihívások:
1. Korlátozott valós idejű képesség: A jelenlegi rendszernek sok felhalmozási időre van szüksége a jel rekonstrukciójához.
2. Burst/egyetlen jelek kezelésének nehézségei: A rekonstrukció statisztikai jellege korlátozza annak alkalmazhatóságát nem ismétlődő jelekre.
3. Konvertálás valódi mikrohullámú hullámformává: További lépésekre van szükség ahhoz, hogy a rekonstruált hisztogramot használható hullámformává alakítsuk.
4. Eszköz jellemzői: A kvantum és mikrohullámú fotonikus eszközök kombinált rendszerekben való viselkedésének további tanulmányozása szükséges.
5. Integráció: A legtöbb rendszer manapság terjedelmes, különálló alkatrészeket használ.
E kihívások kezelése és a terület előrehaladása érdekében számos ígéretes kutatási irány van kialakulóban:
1. Új módszerek kidolgozása valós idejű jelfeldolgozásra és egyszeri detektálásra.
2. Fedezzen fel olyan új alkalmazásokat, amelyek nagy érzékenységet használnak, mint például a folyékony mikrogömbök mérése.
3. Folytassa az integrált fotonok és elektronok megvalósítását a méret és a komplexitás csökkentése érdekében.
4. Tanulmányozza a fokozott fény-anyag kölcsönhatást integrált kvantummikrohullámú fotonikus áramkörökben.
5. Kombinálja a kvantummikrohullámú fotontechnológiát más feltörekvő kvantumtechnológiákkal.
Feladás időpontja: 2024.02.02