Застосування технології квантової мікрохвильової фотоніки

Застосування квантуТехнологія мікрохвильової фотоніки

Слабке виявлення сигналу
Одним з найбільш перспективних застосувань квантової мікрохвильової технології фотоніки є виявлення надзвичайно слабких сигналів мікрохвильової/РФ. Використовуючи єдине виявлення фотонів, ці системи набагато чутливіші, ніж традиційні методи. Наприклад, дослідники продемонстрували квантову мікрохвильову фотонну систему, яка може виявити сигнали до -112,8 дБм без будь -якого електронного ампліфікації. Ця надвисока чутливість робить його ідеальним для таких додатків, як глибокий космічний комунікація.

Мікрохвильова фотонікаОбробка сигналів
Квантова мікрохвильова фотоніка також реалізує функції обробки сигналів високої пропускної здатності, такі як зміна фаз та фільтрація. Використовуючи дисперсивний оптичний елемент та регулюючи довжину хвилі світла, дослідники продемонстрували той факт, що фаза RF зміщується до 8 ГГц пропускної здатності фільтрації RF до 8 ГГц. Важливо, що всі ці функції досягаються за допомогою електроніки 3 ГГц, що показує, що продуктивність перевищує традиційні межі пропускної здатності

Нелокальна частота часу на картографування
Однією з цікавих можливостей, спричинених квантовим заплутуванням, є відображення нелокальної частоти до часу. Ця методика може скласти спектр безперервної хвилі, накаченого однофотонним джерелом до часової області у віддаленому місці. Система використовує заплутані пари фотонів, в яких один промінь проходить через спектральний фільтр, а інший проходить через дисперсивний елемент. Завдяки частотній залежності заплутаних фотонів режим спектральної фільтрації не локально відображається на часовий домен.
Малюнок 1 ілюструє цю концепцію:

Цей метод може досягти гнучкого спектрального вимірювання без безпосереднього маніпулювання вимірюваним джерелом світла.

Стисне зондування
Квантовиймікрохвильова оптичнаТехнологія також забезпечує новий метод стисненого зондування широкосмугових сигналів. Використовуючи випадковість, притаманну квантовому виявленню, дослідники продемонстрували квантову систему стисненого зондування, здатну відновити10 ГГц РФспектри. Система модулює сигнал RF на стан поляризації когерентного фотона. Потім однофотонне виявлення забезпечує природну матрицю випадкового вимірювання для стисненого зондування. Таким чином, широкосмуговий сигнал може бути відновлений зі швидкістю відбору проб Yarnyquist.

Розподіл квантових ключів
На додаток до посилення традиційних мікрохвильових фотонних додатків, квантова технологія також може покращити квантові системи зв'язку, такі як Quantum Key розподіл (QKD). Дослідники продемонстрували розподіл квантових ключів підшипника (SCM-QKD) шляхом мультиплексування мікрохвильових фотонів піднесу на систему розподілу квантового клавіш (QKD). Це дозволяє передавати кілька незалежних квантових клавіш на одну довжину хвилі світла, тим самим збільшуючи спектральну ефективність.
На малюнку 2 показані концепція та експериментальні результати системи SCM-QKD з двома носіями:

Хоча технологія квантової мікрохвильової фотоніки є перспективною, все ж є деякі проблеми:
1. Обмежена можливість в режимі реального часу: Поточна система вимагає багато часу накопичення для реконструкції сигналу.
2. Складність боротьби з розривом/поодинокими сигналами: Статистична природа реконструкції обмежує її застосовність до не повторюваних сигналів.
3. Перетворити на реальну форму мікрохвильової хвилі: необхідні додаткові кроки для перетворення реконструйованої гістограми в корисну форму хвилі.
4. Характеристики пристрою: Потрібно подальше вивчення поведінки квантових та мікрохвильових фотонних пристроїв у комбінованих системах.
5. Інтеграція: Більшість систем сьогодні використовують об'ємні дискретні компоненти.

Для вирішення цих викликів та просування поля виникає ряд перспективних напрямків досліджень:
1. Розробити нові методи обробки сигналів у режимі реального часу та єдиного виявлення.
2. Вивчіть нові програми, які використовують високу чутливість, наприклад, вимірювання мікросфери рідкої.
3. Провести реалізацію інтегрованих фотонів та електронів для зменшення розміру та складності.
4. Вивчіть посилену взаємодію світла в інтегрованих квантових мікрохвильових фотонних схемах.
5. Поєднайте квантову мікрохвильову фотонну технологію з іншими новими квантовими технологіями.