Aplikace kvantatechnologie mikrovlnné fotoniky
Detekce slabého signálu
Jednou z nejslibnějších aplikací technologie kvantové mikrovlnné fotoniky je detekce extrémně slabých mikrovlnných/RF signálů. Díky použití detekce jednotlivých fotonů jsou tyto systémy mnohem citlivější než tradiční metody. Vědci například prokázali kvantový mikrovlnný fotonický systém, který dokáže detekovat signály až -112,8 dBm bez jakéhokoli elektronického zesílení. Díky této ultra vysoké citlivosti je ideální pro aplikace, jako je komunikace v hlubokém vesmíru.
Mikrovlnná fotonikazpracování signálu
Kvantová mikrovlnná fotonika také implementuje funkce zpracování signálu s velkou šířkou pásma, jako je fázový posun a filtrování. Použitím disperzního optického prvku a úpravou vlnové délky světla vědci prokázali skutečnost, že RF fáze posune až 8 GHz v šířkách RF filtrování až do 8 GHz. Důležité je, že všechny tyto funkce jsou dosaženy pomocí 3 GHz elektroniky, což ukazuje, že výkon překračuje tradiční limity šířky pásma
Nelokální mapování frekvence na čas
Jednou zajímavou schopností, kterou kvantové zapletení přináší, je mapování nelokální frekvence v čase. Tato technika může mapovat spektrum jednofotonového zdroje čerpaného spojitou vlnou do časové domény ve vzdáleném místě. Systém využívá propletené fotonové páry, ve kterých jeden paprsek prochází spektrálním filtrem a druhý prochází disperzním prvkem. Vzhledem k frekvenční závislosti provázaných fotonů je režim spektrálního filtrování mapován nelokálně do časové oblasti.
Obrázek 1 ilustruje tento koncept:
Touto metodou lze dosáhnout flexibilního spektrálního měření bez přímé manipulace s měřeným světelným zdrojem.
Komprimované snímání
Kvantovámikrovlnná optickáTechnologie také poskytuje novou metodu pro komprimované snímání širokopásmových signálů. Pomocí náhodnosti, která je vlastní kvantové detekci, výzkumníci prokázali kvantově komprimovaný snímací systém schopný obnovit10 GHz RFspektra. Systém moduluje RF signál do stavu polarizace koherentního fotonu. Jednofotonová detekce pak poskytuje přirozenou náhodnou matici měření pro komprimované snímání. Tímto způsobem může být širokopásmový signál obnoven na Yarnyquistově vzorkovací frekvenci.
Distribuce kvantového klíče
Kromě vylepšení tradičních mikrovlnných fotonických aplikací může kvantová technologie také zlepšit kvantové komunikační systémy, jako je kvantová distribuce klíčů (QKD). Výzkumníci demonstrovali subnosnou multiplexní kvantovou distribuci klíče (SCM-QKD) multiplexováním subnosné mikrovlnných fotonů na systém kvantové distribuce klíčů (QKD). To umožňuje přenos více nezávislých kvantových klíčů přes jedinou vlnovou délku světla, čímž se zvyšuje spektrální účinnost.
Obrázek 2 ukazuje koncept a experimentální výsledky systému SCM-QKD se dvěma nosiči:
Ačkoli je technologie kvantové mikrovlnné fotoniky slibná, stále existují určité problémy:
1. Omezená schopnost reálného času: Současný systém vyžaduje mnoho akumulačního času k rekonstrukci signálu.
2. Potíže se shlukem/jednotlivými signály: Statistická povaha rekonstrukce omezuje její použitelnost na neopakující se signály.
3. Převod na skutečný mikrovlnný průběh: K převodu rekonstruovaného histogramu na použitelný průběh je třeba provést další kroky.
4. Charakteristika zařízení: Je zapotřebí další studium chování kvantových a mikrovlnných fotonických zařízení v kombinovaných systémech.
5. Integrace: Většina dnešních systémů používá objemné samostatné komponenty.
K řešení těchto výzev a pokroku v této oblasti se objevuje řada slibných směrů výzkumu:
1. Vyvinout nové metody pro zpracování signálu v reálném čase a jednotlivé detekce.
2. Prozkoumejte nové aplikace, které využívají vysokou citlivost, jako je měření kapalných mikrokuliček.
3. Pokračovat v realizaci integrovaných fotonů a elektronů ke snížení velikosti a složitosti.
4. Studujte zesílenou interakci světla a hmoty v integrovaných kvantových mikrovlnných fotonických obvodech.
5. Kombinujte kvantovou mikrovlnnou fotonovou technologii s dalšími vznikajícími kvantovými technologiemi.
Čas odeslání: září 02-2024