Primjena tehnologije kvantne mikrovalne fotonike

Primjena kvantamikrovalna fotonička tehnologija

Detekcija slabog signala
Jedna od najperspektivnijih primena kvantne mikrotalasne fotoničke tehnologije je detekcija izuzetno slabih mikrotalasnih/RF signala. Koristeći detekciju jednog fotona, ovi sistemi su daleko osjetljiviji od tradicionalnih metoda. Na primjer, istraživači su demonstrirali kvantni mikrotalasni fotonski sistem koji može detektovati signale niže od -112,8 dBm bez ikakvog elektronskog pojačanja. Ova ultra-visoka osjetljivost čini ga idealnim za aplikacije kao što su komunikacije u dubokom svemiru.

Mikrovalna fotonikaobrada signala
Kvantna mikrotalasna fotonika takođe implementira funkcije obrade signala velikog propusnog opsega kao što su fazni pomak i filtriranje. Korišćenjem disperzivnog optičkog elementa i podešavanjem talasne dužine svetlosti, istraživači su demonstrirali činjenicu da se RF faza pomera do 8 GHz RF filterskog opsega do 8 GHz. Važno je da se sve ove karakteristike postižu upotrebom elektronike od 3 GHz, što pokazuje da performanse premašuju tradicionalne granice propusnog opsega

Ne-lokalno mapiranje frekvencije u vreme
Jedna interesantna sposobnost koju donosi kvantna zapetljanost je mapiranje ne-lokalne frekvencije u vrijeme. Ova tehnika može mapirati spektar jednofotonskog izvora koji se pumpa kontinuiranim valom u vremensku domenu na udaljenoj lokaciji. Sistem koristi isprepletene parove fotona u kojima jedan snop prolazi kroz spektralni filter, a drugi prolazi kroz disperzivni element. Zbog ovisnosti o frekvenciji isprepletenih fotona, režim spektralnog filtriranja je mapiran ne-lokalno u vremensku domenu.
Slika 1 ilustruje ovaj koncept:

Ova metoda može postići fleksibilno spektralno mjerenje bez direktnog manipuliranja izmjerenim izvorom svjetlosti.

Komprimirani senzor
Quantummikrovalna optičkatehnologija takođe pruža novu metodu za komprimovanu detekciju širokopojasnih signala. Koristeći slučajnost svojstvenu kvantnoj detekciji, istraživači su demonstrirali kvantno komprimirani senzorski sistem sposoban da se oporavi10 GHz RFspektri. Sistem modulira RF signal u stanje polarizacije koherentnog fotona. Detekcija jednog fotona tada pruža prirodnu nasumično mjernu matricu za komprimirani senzor. Na ovaj način, širokopojasni signal se može vratiti na Yarnyquist stopu uzorkovanja.

Kvantna distribucija ključa
Osim poboljšanja tradicionalnih mikrovalnih fotonskih aplikacija, kvantna tehnologija također može poboljšati kvantne komunikacione sisteme kao što je kvantna distribucija ključa (QKD). Istraživači su demonstrirali multipleksnu kvantnu distribuciju ključa (SCM-QKD) multipleksiranjem podnosača mikrotalasnih fotona na sistem kvantne distribucije ključa (QKD). Ovo omogućava da se više nezavisnih kvantnih ključeva prenosi preko jedne talasne dužine svetlosti, čime se povećava spektralna efikasnost.
Slika 2 prikazuje koncept i eksperimentalne rezultate SCM-QKD sistema sa dva nosača:

Iako tehnologija kvantne mikrovalne fotonike obećava, još uvijek postoje neki izazovi:
1. Ograničena sposobnost u realnom vremenu: Trenutni sistem zahtijeva puno vremena akumulacije za rekonstrukciju signala.
2. Poteškoće u radu sa rafalnim/pojedinačnim signalima: Statistička priroda rekonstrukcije ograničava njenu primjenjivost na signale koji se ne ponavljaju.
3. Pretvorite u pravi mikrotalasni talas: Potrebni su dodatni koraci da se rekonstruisani histogram pretvori u upotrebljiv talasni oblik.
4. Karakteristike uređaja: Potrebno je dalje proučavanje ponašanja kvantnih i mikrotalasnih fotonskih uređaja u kombinovanim sistemima.
5. Integracija: Većina sistema danas koristi glomazne diskretne komponente.

Kako bi se odgovorilo na ove izazove i unaprijedilo ovo polje, pojavljuje se niz obećavajućih smjerova istraživanja:
1. Razviti nove metode za obradu signala u realnom vremenu i pojedinačnu detekciju.
2. Istražite nove aplikacije koje koriste visoku osjetljivost, kao što je mjerenje tekućih mikrosfera.
3. Nastavite sa realizacijom integrisanih fotona i elektrona kako biste smanjili veličinu i složenost.
4. Proučite poboljšanu interakciju svjetlost-materija u integriranim kvantnim mikrotalasnim fotonskim krugovima.
5. Kombinujte kvantnu mikrotalasnu fotonsku tehnologiju sa drugim kvantnim tehnologijama u nastajanju.