Uporaba tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike

Uporaba kvantaTehnologija mikrovalovne fotonike

Šibko odkrivanje signala
Ena najbolj obetavnih aplikacij tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike je odkrivanje izjemno šibkih signalov mikrovalovne/RF. Z uporabo posameznega odkrivanja fotonov so ti sistemi veliko bolj občutljivi od tradicionalnih metod. Na primer, raziskovalci so pokazali kvantni mikrovalovni fotonski sistem, ki lahko zazna signale, ki so nizki od -112,8 dbm, brez elektronske amplifikacije. Ta zelo visoka občutljivost je idealna za aplikacije, kot so globoke vesoljske komunikacije.

Mikrovalovna fotonikaobdelava signala
Kvantna mikrovalovna fotonika izvaja tudi funkcije obdelave signalov z visoko pasovno širino, kot sta fazno premikanje in filtriranje. Z uporabo disperzivnega optičnega elementa in prilagajanjem valovne dolžine svetlobe so raziskovalci pokazali dejstvo, da RF faza premakne do 8 GHz RF filtrira pasovne širine do 8 GHz. Pomembno je, da so te lastnosti dosežene z uporabo 3 GHz elektronike, kar kaže, da zmogljivost presega tradicionalne meje pasovne širine

Ne-lokalna frekvenca za časovno preslikavo
Ena zanimiva sposobnost, ki jo prinaša kvantno zapletenost, je preslikava ne-lokalne frekvence na čas. Ta tehnika lahko preslika spekter neprekinjenega vala črpanega enofotonskega vira na časovno domeno na oddaljeni lokaciji. Sistem uporablja zapletene fotonske pare, v katerih en žarek preide skozi spektralni filter, drugi pa skozi disperzijski element. Zaradi frekvenčne odvisnosti zapletenih fotonov se način spektralnega filtriranja preslika ne-lokalno do časovne domene.
Slika 1 prikazuje ta koncept:

Ta metoda lahko doseže fleksibilno spektralno meritev, ne da bi neposredno manipulirali z izmerjenim virom svetlobe.

Stisnjeno zaznavanje
Kvantnimikrovalovna optičnaTehnologija ponuja tudi novo metodo za stisnjeno zaznavanje širokopasovnih signalov. Z uporabo naključnosti, ki je značilna za kvantno odkrivanje, so raziskovalci pokazali kvantni sistem stisnjenega zaznavanja, ki je sposoben okrevati10 GHz rfspektri. Sistem modulira RF signal v polarizacijsko stanje skladnega fotona. Zaznavanje z enim fotografiranjem nato zagotavlja naravno naključno merilno matrico za stisnjeno zaznavanje. Na ta način lahko širokopasovni signal obnovimo s hitrostjo vzorčenja preje.

Kvantna porazdelitev ključa
Poleg izboljšanja tradicionalnih mikrovalovnih fotonskih aplikacij lahko kvantna tehnologija izboljša tudi kvantne komunikacijske sisteme, kot je kvantna porazdelitev ključa (QKD). Raziskovalci so prikazali večkratno porazdelitev kvantnih ključev podvoznika (SCM-QKD) z multipleksiranjem podvozja mikrovalovnih fotonov na sistem Quantum ključev (QKD). To omogoča prenos več neodvisnih kvantnih tipk na eno samo valovno dolžino svetlobe in s tem poveča spektralno učinkovitost.
Slika 2 prikazuje konceptne in eksperimentalne rezultate sistema SCM-QKD z dvojnim nosilcem:

Čeprav je kvantna tehnologija mikrovalovne fotonike obetavna, še vedno obstaja nekaj izzivov:
1. Omejena zmogljivost v realnem času: Trenutni sistem potrebuje veliko časa za rekonstrukcijo signala.
2. Težave z ukvarjanjem z razpokanimi/enojnimi signali: statistična narava rekonstrukcije omejuje njeno uporabnost za neoblikovalne signale.
3. Pretvorite v pravo mikrovalovno valovno obliko: za pretvorbo rekonstruiranega histograma so potrebni dodatni koraki v uporabno valovno obliko.
4. Značilnosti naprave: Potrebna je nadaljnja preučevanje obnašanja kvantnih in mikrovalovnih fotonskih naprav v kombiniranih sistemih.
5. Integracija: Večina sistemov danes uporablja zajetne diskretne komponente.

Za reševanje teh izzivov in napredovanje na področju se pojavljajo številne obetavne raziskovalne navodila:
1. razvijte nove metode za obdelavo signalov v realnem času in enotno odkrivanje.
2. Raziščite nove aplikacije, ki uporabljajo visoko občutljivost, kot je merjenje tekoče mikrosfere.
3. Sledite realizaciji integriranih fotonov in elektronov, da zmanjšate velikost in zapletenost.
4. Preučite izboljšano interakcijo med svetlobo v integriranih kvantnih mikrovalovnih fotonskih vezjih.
5. Združite kvantno mikrovalovno tehnologijo fotona z drugimi nastajajočimi kvantnimi tehnologijami.