Uporaba tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike

Uporaba kvantnemikrovalovna fotonska tehnologija

Zaznavanje šibkega signala
Ena najbolj obetavnih aplikacij tehnologije kvantne mikrovalovne fotonike je zaznavanje izjemno šibkih mikrovalovnih/RF signalov. Z uporabo detekcije enega fotona so ti sistemi veliko bolj občutljivi od tradicionalnih metod. Raziskovalci so na primer prikazali kvantni mikrovalovni fotonski sistem, ki lahko zazna signale tako nizke kot -112,8 dBm brez elektronskega ojačanja. Zaradi svoje izjemno visoke občutljivosti je idealen za aplikacije, kot so komunikacije v globokem vesolju.

Mikrovalovna fotonikaobdelavo signala
Kvantna mikrovalovna fotonika izvaja tudi funkcije obdelave signalov z visoko pasovno širino, kot sta fazni premik in filtriranje. Z uporabo disperzivnega optičnega elementa in prilagoditvijo valovne dolžine svetlobe so raziskovalci dokazali dejstvo, da RF fazni premiki do 8 GHz RF filtriranje pasovnih širin do 8 GHz. Pomembno je, da so vse te funkcije dosežene z elektroniko 3 GHz, kar kaže, da zmogljivost presega tradicionalne omejitve pasovne širine.

Nelokalno preslikavo frekvence v čas
Ena zanimiva sposobnost, ki jo prinaša kvantna prepletenost, je preslikava nelokalne frekvence v čas. Ta tehnika lahko preslika spekter enofotonskega vira z neprekinjenimi valovi 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 zapletenih fotonov je način spektralnega filtriranja nelokalno preslikan v časovno domeno.
Slika 1 ponazarja ta koncept:

Ta metoda lahko doseže prilagodljivo spektralno merjenje brez neposredne manipulacije izmerjenega svetlobnega vira.

Stisnjeno zaznavanje
Kvantnamikrovalovna optikatehnologija ponuja tudi novo metodo za stisnjeno zaznavanje širokopasovnih signalov. Z uporabo naključnosti, ki je neločljivo povezana s kvantnim odkrivanjem, so raziskovalci dokazali kvantno stisnjen sistem zaznavanja, ki lahko obnovi10 GHz RFspektri. Sistem modulira RF signal na stanje polarizacije koherentnega fotona. Zaznavanje enega fotona nato zagotovi naravno naključno merilno matriko za stisnjeno zaznavanje. Na ta način je mogoče obnoviti širokopasovni signal s hitrostjo vzorčenja Yarnyquist.

Kvantna porazdelitev ključev
Poleg izboljšanja tradicionalnih mikrovalovnih fotonskih aplikacij lahko kvantna tehnologija izboljša tudi kvantne komunikacijske sisteme, kot je kvantna porazdelitev ključev (QKD). Raziskovalci so demonstrirali kvantno distribucijo ključev multipleksa podnosilca (SCM-QKD) z multipleksiranjem podnosilca mikrovalovnih fotonov na sistem kvantne porazdelitve ključa (QKD). To omogoča prenos več neodvisnih kvantnih ključev preko ene 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 kopičenja za rekonstrukcijo signala.
2. Težave pri obravnavi izbruhov/enojnih signalov: statistična narava rekonstrukcije omejuje njeno uporabnost na neponavljajoče se signale.
3. Pretvorba v pravo mikrovalovno valovno obliko: za pretvorbo rekonstruiranega histograma v uporabno valovno obliko so potrebni dodatni koraki.
4. Značilnosti naprave: Potrebna je nadaljnja študija obnašanja kvantnih in mikrovalovnih fotonskih naprav v kombiniranih sistemih.
5. Integracija: Večina današnjih sistemov uporablja zajetne ločene komponente.

Za obravnavo teh izzivov in napredek na tem področju se pojavljajo številne obetavne raziskovalne smeri:
1. Razviti nove metode za obdelavo signalov v realnem času in posamezno detekcijo.
2. Raziščite nove aplikacije, ki uporabljajo visoko občutljivost, kot je merjenje tekočih mikrosfer.
3. Prizadevajte si za realizacijo integriranih fotonov in elektronov za zmanjšanje velikosti in kompleksnosti.
4. Preučite izboljšano interakcijo svetlobe in snovi v integriranih kvantnih mikrovalovnih fotonskih vezjih.
5. Združite kvantno mikrovalovno fotonsko tehnologijo z drugimi nastajajočimi kvantnimi tehnologijami.