Aplikace technologie kvantové mikrovlnné fotoniky

Aplikace kvantumTechnologie mikrovlnné fotoniky

Slabá detekce signálu
Jednou z nejslibnějších aplikací kvantové mikrovlnné fotoniky je detekce extrémně slabých mikrovlnných/RF signálů. Využitím detekce jediného fotonu jsou tyto systémy mnohem citlivější než tradiční metody. Například vědci prokázali kvantový mikrovlnný fotonický systém, který dokáže detekovat signály již jako -112,8 dBm bez elektronického zesílení. Díky této ultra vysoké citlivosti je ideální pro aplikace, jako je hluboká vesmírná komunikace.

Mikrovlnná fotonikaZpracování signálu
Kvantová mikrovlnná fotonika také implementuje funkce zpracování signálu s vysokou šířkou šířky, jako je posun fáze a filtrování. Použitím disperzního optického prvku a nastavením vlnové délky světla vědci prokázali skutečnost, že RF fáze se posune až na 8 GHz RF filtrování šířky pásma až do 8 GHz. Důležité je, že všechny tyto funkce jsou dosaženy pomocí elektroniky 3 GHz, což ukazuje, že výkon překračuje tradiční limity šířky pásma

Ne-lokální frekvence k mapování času
Jednou zajímavou schopností způsobenou kvantovým zapletením je mapování ne-lokální frekvence na čas. Tato technika může zmapovat spektrum kontinuálního vlnového čerpaného zdroje s jedním fotononem do časové domény na vzdáleném místě. Systém používá zamotané fotonové páry, ve kterých jeden paprsek prochází spektrálním filtrem a druhý prochází disperzivním prvkem. Vzhledem k frekvenční závislosti zapletených fotonů je režim spektrálního filtrování mapován ne-lokálně do časové domény.
Obrázek 1 ilustruje tento koncept:

Tato metoda může dosáhnout flexibilního spektrálního měření bez přímého manipulace s naměřeným zdrojem světla.

Komprimované snímání
KvantumMikrovlnná troubaTechnologie také poskytuje novou metodu pro komprimované snímání širokopásmových signálů. Pomocí náhodnosti vlastní kvantové detekce vědci prokázali kvantový komprimovaný snímací systém schopný zotavit se10 GHz RFspektra. Systém moduluje RF signál do polarizačního stavu koherentního fotonu. Detekce jednoho fototonu pak poskytuje přirozenou náhodnou měření pro stlačené snímání. Tímto způsobem může být širokopásmový signál obnoven při vzorkovací frekvenci Yarnyquist.

Distribuce kvantového klíče
Kromě posílení tradičních mikrovlnných fotonických aplikací může kvantová technologie také zlepšit kvantové komunikační systémy, jako je distribuce kvantových klíčů (QKD). Vědci prokázali subjekt multiplexního kvantového klíče subzarriéru (SCM-QKD) multiplexovou podzrící mikrovlnné fotony na systém kvantové distribuce klíčů (QKD). To umožňuje přenášení více nezávislých kvantových klíčů na jedné vlnové délce světla, čímž se zvyšuje spektrální účinnost.
Obrázek 2 ukazuje koncept a experimentální výsledky systému s duální nosič SCM-QKD:

Ačkoli je technologie kvantové mikrovlnné fotoniky slibná, stále existují určité výzvy:
1. Omezená schopnost v reálném čase: Současný systém vyžaduje hodně času na akumulaci k rekonstrukci signálu.
2. Obtížnost zabývající se prasklými/jednotlivými signály: Statistická povaha rekonstrukce omezuje jeho použitelnost na nepelující signály.
3. Převeďte na skutečný průběh mikrovlnné trouby: K převodu rekonstruovaného histogramu jsou zapotřebí další kroky na použitelný tvar vlny.
4. Charakteristiky zařízení: Je zapotřebí další studie chování kvantových a mikrovlnných fotonických zařízení v kombinovaných systémech.
5. Integrace: Většina systémů dnes používá objemné diskrétní komponenty.

K řešení těchto výzev a postupovat v oboru se objevuje řada slibných výzkumných pokynů:
1. Vyvíjejte nové metody zpracování signálu v reálném čase a jedinou detekci.
2. Prozkoumejte nové aplikace, které využívají vysokou citlivost, jako je měření kapalné mikrosféry.
3. sledujte realizaci integrovaných fotonů a elektronů, aby se snížila velikost a složitost.
4. Studujte zvýšenou interakci s lehkými hmotami v integrovaných kvantových mikrovlnných fotonických obvodech.
5. Kombinujte kvantovou mikrovlnnou technologii fotonového technologie s dalšími vznikajícími kvantovými technologiemi.