A kvantum alkalmazásamikrohullámú fotonikai technológia
Gyenge jel érzékelése
A kvantum-mikrohullámú fotonikai technológia egyik legígéretesebb alkalmazása a rendkívül gyenge mikrohullámú/RF jelek detektálása. Az egyfotonos detektálásnak köszönhetően ezek a rendszerek sokkal érzékenyebbek, mint a hagyományos módszerek. A kutatók például bemutattak egy kvantum-mikrohullámú fotonikus rendszert, amely akár -112,8 dBm alacsony jeleket is képes detektálni elektronikus erősítés nélkül. Ez a rendkívül nagy érzékenység ideálissá teszi olyan alkalmazásokhoz, mint a mélyűri kommunikáció.
Mikrohullámú fotonikajelfeldolgozás
A kvantum-mikrohullámú fotonika nagy sávszélességű jelfeldolgozási funkciókat is megvalósít, mint például a fáziseltolás és a szűrés. Egy diszperzív optikai elem használatával és a fény hullámhosszának beállításával a kutatók kimutatták, hogy az RF fáziseltolódása akár 8 GHz-ig is megnőhet, az RF szűrősávszélesség pedig akár 8 GHz-ig is eltolódik. Fontos, hogy ezeket a funkciókat mind 3 GHz-es elektronikával érik el, ami azt mutatja, hogy a teljesítmény meghaladja a hagyományos sávszélesség-korlátokat.
Nem lokális frekvencia-idő leképezés
A kvantum-összefonódás egyik érdekes képessége a nem lokális frekvencia időhöz való leképezése. Ez a technika képes egy folytonos hullámú pumpált egyfotonforrás spektrumát egy távoli helyen lévő időtartományba leképezni. A rendszer összefonódott fotonpárokat használ, amelyekben az egyik nyaláb egy spektrális szűrőn, a másik pedig egy diszperzív elemen halad át. Az összefonódott fotonok frekvenciafüggése miatt a spektrális szűrési mód nem lokálisan van leképezve az időtartományba.
Az 1. ábra ezt a koncepciót szemlélteti:
Ez a módszer rugalmas spektrális mérést tesz lehetővé a mért fényforrás közvetlen manipulálása nélkül.
Tömörített érzékelés
Kvantummikrohullámú optikaiA technológia új módszert is kínál a szélessávú jelek tömörített érzékelésére. A kvantummetektálásban rejlő véletlenszerűséget kihasználva a kutatók bemutattak egy kvantum-tömörített érzékelőrendszert, amely képes helyreállítani a jeleket.10 GHz-es rádiófrekvenciásspektrumok. A rendszer a koherens foton polarizációs állapotához modulálja az RF jelet. Az egyfotonos detektálás ezután egy természetes véletlenszerű mérési mátrixot biztosít a tömörített érzékeléshez. Ily módon a szélessávú jel visszaállítható a Yarnyquist mintavételi frekvencián.
Kvantumkulcs-elosztás
A hagyományos mikrohullámú fotonikus alkalmazások fejlesztése mellett a kvantumtechnológia a kvantumkommunikációs rendszereket, például a kvantumkulcs-elosztást (QKD) is javíthatja. A kutatók a vivőalvivő multiplex kvantumkulcs-elosztást (SCM-QKD) demonstrálták a mikrohullámú fotonok vivőalvivőinek kvantumkulcs-elosztási (QKD) rendszerre történő multiplexálásával. Ez lehetővé teszi több független kvantumkulcs továbbítását egyetlen fényhullámhosszon, ezáltal növelve a spektrális hatékonyságot.
A 2. ábra a kettős töltéshordozós SCM-QKD rendszer koncepcióját és kísérleti eredményeit mutatja:
Bár a kvantum-mikrohullámú fotonikai technológia ígéretes, még mindig vannak kihívások:
1. Korlátozott valós idejű képesség: A jelenlegi rendszer sok felhalmozási időt igényel a jel rekonstruálásához.
2. Nehézségek a sorozatjelek/egyedi jelek kezelésében: A rekonstrukció statisztikai jellege korlátozza az alkalmazhatóságát a nem ismétlődő jelekre.
3. Átalakítás valódi mikrohullámú hullámformává: További lépésekre van szükség a rekonstruált hisztogram használható hullámformává alakításához.
4. Eszközjellemzők: További vizsgálatokra van szükség a kvantum- és mikrohullámú fotonikus eszközök viselkedésének kombinált rendszerekben történő vizsgálatához.
5. Integráció: A legtöbb mai rendszer nagyméretű, különálló alkatrészeket használ.
Ezen kihívások megoldása és a terület fejlesztése érdekében számos ígéretes kutatási irány jelenik meg:
1. Új módszerek kidolgozása valós idejű jelfeldolgozásra és egyedi detektálásra.
2. Új, nagy érzékenységet alkalmazó alkalmazások feltárása, például folyékony mikrogömbök mérése.
3. Integrált fotonok és elektronok megvalósításának folytatása a méret és a komplexitás csökkentése érdekében.
4. Tanulmányozza a fokozott fény-anyag kölcsönhatást integrált kvantum-mikrohullámú fotonikus áramkörökben.
5. A kvantum-mikrohullámú fotontechnológia kombinálása más feltörekvő kvantumtechnológiákkal.
Közzététel ideje: 2024. szeptember 2.