Uporaba tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike

Uporaba kvantnetehnologija mikrovalovne fotonike

Zaznavanje šibkega signala
Ena najbolj obetavnih aplikacij tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike je zaznavanje izjemno šibkih mikrovalovnih/RF signalov. Z uporabo zaznavanja posameznih fotonov so ti sistemi veliko bolj občutljivi kot tradicionalne metode. Raziskovalci so na primer predstavili kvantni mikrovalovni fotonski sistem, ki lahko zazna signale do -112,8 dBm brez kakršnega koli elektronskega ojačanja. Zaradi te izjemno visoke občutljivosti je idealen za aplikacije, kot so komunikacije v globokem vesolju.

Mikrovalovna fotonikaobdelava signalov
Kvantna mikrovalovna fotonika izvaja tudi funkcije obdelave signalov z visoko pasovno širino, kot sta fazni premik in filtriranje. Z uporabo disperzivnega optičnega elementa in prilagajanjem valovne dolžine svetlobe so raziskovalci dokazali dejstvo, da se radiofrekvenčni fazni premik premakne do 8 GHz in filtrira radiofrekvenčne pasovne širine do 8 GHz. Pomembno je, da so vse te funkcije dosežene z uporabo 3 GHz elektronike, kar kaže, da zmogljivost presega tradicionalne omejitve pasovne širine.

Nelokalno preslikavanje frekvence v čas
Ena zanimiva zmožnost, ki jo prinaša kvantna prepletenost, je preslikava nelokalne frekvence v čas. Ta tehnika lahko preslika spekter enofotonskega vira, ki ga črpa neprekinjeno valovanje, v časovno domeno na oddaljeni lokaciji. Sistem uporablja prepletene fotonske pare, pri katerih en žarek prehaja skozi spektralni filter, drugi pa skozi disperzivni element. Zaradi frekvenčne odvisnosti prepletenih fotonov se način spektralnega filtriranja nelokalno preslika v časovno domeno.
Slika 1 ponazarja ta koncept:

Ta metoda omogoča fleksibilno spektralno merjenje brez neposredne manipulacije z izmerjenim svetlobnim virom.

Stisnjeno zaznavanje
Kvantnomikrovalovna optičnaTehnologija ponuja tudi novo metodo za stisnjeno zaznavanje širokopasovnih signalov. Z uporabo naključnosti, ki je lastna kvantnemu zaznavanju, so raziskovalci predstavili kvantni stisnjen sistem zaznavanja, ki je sposoben obnoviti10 GHz radiofrekvenčnispektri. Sistem modulira RF signal v polarizacijsko stanje koherentnega fotona. Detekcija posameznih fotonov nato zagotovi naravno naključno merilno matriko za stisnjeno zaznavanje. Na ta način je mogoče širokopasovni signal obnoviti s hitrostjo vzorčenja Yarnyquist.

Kvantna porazdelitev ključev
Poleg izboljšanja tradicionalnih aplikacij mikrovalovne fotonike lahko kvantna tehnologija izboljša tudi kvantne komunikacijske sisteme, kot je kvantna porazdelitev ključev (QKD). Raziskovalci so demonstrirali multipleksno kvantno porazdelitev ključev s podnosilci (SCM-QKD) z multipleksiranjem podnosilcev mikrovalovnih fotonov na sistem kvantne porazdelitve ključev (QKD). To omogoča prenos več neodvisnih kvantnih ključev prek ene same valovne dolžine svetlobe, s čimer se poveča spektralna učinkovitost.
Slika 2 prikazuje koncept in eksperimentalne rezultate sistema SCM-QKD z dvema nosilcema:

Čeprav je tehnologija kvantne mikrovalovne fotonike obetavna, še vedno obstajajo nekateri izzivi:
1. Omejena zmogljivost v realnem času: Trenutni sistem zahteva veliko časa akumulacije za rekonstrukcijo signala.
2. Težave pri obravnavi izbruhov/posameznih signalov: Statistična narava rekonstrukcije omejuje njeno uporabnost na neponavljajoče se signale.
3. Pretvorba v resnično mikrovalovno valovno obliko: Za pretvorbo rekonstruiranega histograma v uporabno valovno obliko so potrebni dodatni koraki.
4. Značilnosti naprave: Potrebne so nadaljnje študije obnašanja kvantnih in mikrovalovnih fotonskih naprav v kombiniranih sistemih.
5. Integracija: Večina sistemov danes uporablja obsežne diskretne komponente.

Za reševanje teh izzivov in napredek področja se pojavljajo številne obetavne raziskovalne smeri:
1. Razvoj novih metod za obdelavo signalov v realnem času in posamično zaznavanje.
2. Raziščite nove aplikacije, ki uporabljajo visoko občutljivost, kot je merjenje s tekočimi mikrosferami.
3. Prizadevati si za realizacijo integriranih fotonov in elektronov za zmanjšanje velikosti in kompleksnosti.
4. Preučite okrepljeno interakcijo svetlobe in snovi v integriranih kvantnih mikrovalovnih fotonskih vezjih.
5. Združite kvantno mikrovalovno fotonsko tehnologijo z drugimi nastajajočimi kvantnimi tehnologijami.