A kvantummikrohullámú fotonikai technológia alkalmazása

Kvantum alkalmazásamikrohullámú fotonikai technológia

Gyenge jelérzékelés
A kvantummikrohullámú fotonikai technológia egyik legígéretesebb alkalmazása a rendkívül gyenge mikrohullámú/RF jelek kimutatása. Az egyetlen fotondetektálás felhasználásával ezek a rendszerek sokkal érzékenyebbek, mint a hagyományos módszerek. Például a kutatók egy kvantummikrohullámú fotonikus rendszert mutattak be, amely képes -112,8 dBm -es jeleket észlelni elektronikus amplifikáció nélkül. Ez a rendkívül magas érzékenység ideálissá teszi az olyan alkalmazásokhoz, mint a Deep Space Communications.

Mikrohullámú fotonikajelfeldolgozás
A kvantummikrohullámú fotonika a nagy sávszélességű jelfeldolgozási funkciókat is megvalósítja, például a fáziseltolódás és a szűrés. Egy diszpergáló optikai elem használatával és a fény hullámhosszának beállításával a kutatók bebizonyították, hogy az RF fázis 8 GHz -es RF -szűrő sávszélességet akár 8 GHz -ig terjed. Fontos szempont, hogy ezeket a tulajdonságokat mind 3 GHz -es elektronika segítségével érik el, ami azt mutatja, hogy a teljesítmény meghaladja a hagyományos sávszélesség -korlátokat

Nem lokális frekvencia az időig, az időképezés
Az egyik érdekes képesség, amelyet a kvantum összefonódása hoz létre, a nem-helyi frekvencia feltérképezése az időről. Ez a technika képes feltérképezni egy folyamatos hullámú, egyfotonos forrás spektrumát egy időtartományba egy távoli helyen. A rendszer összefonódott fotonpárokat használ, amelyekben az egyik sugár áthalad egy spektrális szűrőn, a másik pedig egy diszpergáló elemen halad át. Az összefonódott fotonok frekvenciafüggése miatt a spektrális szűrési módot nem lokálisan leképezik az időtartományba.
Az 1. ábra ezt a fogalmat szemlélteti:

Ez a módszer rugalmas spektrális mérést érhet el anélkül, hogy a mért fényforrást közvetlenül manipulálná.

Tömörített érzékelés
Kvantummikrohullámú optikaiA technológia új módszert is kínál a szélessávú jelek tömörített érzékelésére. A kvantumdetektálásban rejlő véletlenszerűség felhasználásával a kutatók egy kvantum tömörített érzékelő rendszert mutattak be, amely képes helyreállni10 GHz -es RFspektrumok. A rendszer modulálja az RF jelet a koherens foton polarizációs állapotához. Az egyfoton detektálás ezután természetes véletlenszerű mérési mátrixot biztosít a tömörített érzékeléshez. Ilyen módon a szélessávú jel visszaállítható a Yarnyquist mintavételi sebességgel.

Kvantumkulcs eloszlás
A hagyományos mikrohullámú fotonikus alkalmazások javítása mellett a kvantumtechnika javíthatja a kvantumkommunikációs rendszereket, például a Quantum Key Distribution (QKD). A kutatók bebizonyították az alvágó multiplex kvantumkulcs-eloszlását (SCM-QKD) azáltal, hogy a mikrohullámú fotonok alvágóját multiplexelték egy kvantumkulcs-eloszlási (QKD) rendszerre. Ez lehetővé teszi a több független kvantumkulcs átadását egyetlen fényhullámhosszon, ezáltal növelve a spektrális hatékonyságot.
A 2. ábra a kettős hordozó SCM-QKD rendszer koncepcióját és kísérleti eredményeit mutatja:

Noha a kvantummikrohullámú fotonikai technológia ígéretes, még mindig vannak kihívások:
1. korlátozott valós idejű képesség: A jelenlegi rendszer sok felhalmozódási időt igényel a jel rekonstruálásához.
2. Nehézség a Burst/egyetlen jelek kezelésével: A rekonstrukció statisztikai jellege korlátozza annak alkalmazhatóságát a nem ismétlődő jelekre.
3. Konvertáljon valódi mikrohullámú hullámformává: További lépésekre van szükség a rekonstruált hisztogram felhasználható hullámformává történő átalakításához.
4. Eszköz jellemzői: A kvantum- és mikrohullámú fotonikus eszközök viselkedésének további vizsgálatára van szükség a kombinált rendszerekben.
5. Integráció: A legtöbb rendszer manapság terjedelmes diszkrét alkatrészeket használ.

E kihívások kezelése és a mező előmozdítása érdekében számos ígéretes kutatási irány megjelenik:
1. Új módszerek kidolgozása a valós idejű jelfeldolgozáshoz és az egyetlen detektáláshoz.
2. Fedezzen fel új alkalmazásokat, amelyek nagy érzékenységet használnak, például a folyadék mikroszféra mérését.
3. Az integrált fotonok és elektronok megvalósításának folytatása a méret és a bonyolultság csökkentése érdekében.
4. Vizsgálja meg a továbbfejlesztett fénytermék-interakciót az integrált kvantummikrohullámú fotonikus áramkörökben.
5. Egyesítse a kvantummikrohullámú fotontechnológiát más feltörekvő kvantumtechnológiákkal.