Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin uygulaması

Kuantumun uygulanmasımikrodalga fotonik teknolojisi

Zayıf sinyal tespiti
Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin en umut verici uygulamalarından biri, son derece zayıf mikrodalga/RF sinyallerinin tespitidir. Tek foton algılama teknolojisini kullanan bu sistemler, geleneksel yöntemlerden çok daha hassastır. Örneğin, araştırmacılar, herhangi bir elektronik amplifikasyon olmadan -112,8 dBm kadar düşük sinyalleri tespit edebilen bir kuantum mikrodalga fotonik sistemi geliştirmiştir. Bu ultra yüksek hassasiyet, sistemi derin uzay iletişimi gibi uygulamalar için ideal hale getirmektedir.

Mikrodalga fotoniksinyal işleme
Kuantum mikrodalga fotonik, faz kaydırma ve filtreleme gibi yüksek bant genişliğine sahip sinyal işleme işlevlerini de uygular. Araştırmacılar, dağıtıcı bir optik eleman kullanarak ve ışığın dalga boyunu ayarlayarak, RF faz kaydırmalarının 8 GHz'e kadar RF filtreleme bant genişliklerinde 8 GHz'e kadar çıkabildiğini gösterdiler. Daha da önemlisi, bu özelliklerin tümü 3 GHz elektronik kullanılarak elde ediliyor ve bu da performansın geleneksel bant genişliği sınırlarını aştığını gösteriyor.

Yerel olmayan frekans-zaman eşlemesi
Kuantum dolanıklığının ortaya çıkardığı ilginç bir özellik, yerel olmayan frekansın zamana eşlenmesidir. Bu teknik, sürekli dalga pompalı tek foton kaynağının spektrumunu uzak bir konumdaki bir zaman alanına eşleyebilir. Sistem, bir ışının spektral filtreden, diğerinin ise dağıtıcı bir elemandan geçtiği dolanık foton çiftlerini kullanır. Dolanık fotonların frekans bağımlılığı nedeniyle, spektral filtreleme modu yerel olmayan bir şekilde zaman alanına eşlenir.
Şekil 1 bu kavramı göstermektedir:

Bu yöntem, ölçülen ışık kaynağına doğrudan müdahale etmeden esnek spektral ölçüm elde edilmesini sağlar.

Sıkıştırılmış algılama
Kuantummikrodalga optikTeknoloji ayrıca geniş bant sinyallerinin sıkıştırılmış algılanması için yeni bir yöntem de sunuyor. Kuantum algılamanın doğasında bulunan rastgeleliği kullanan araştırmacılar, kuantum algılamayı geri kazanabilen bir kuantum sıkıştırılmış algılama sistemi ortaya koydular.10 GHz RFSpektrumlar. Sistem, RF sinyalini tutarlı fotonun polarizasyon durumuna modüle eder. Tek foton tespiti, sıkıştırılmış algılama için doğal bir rastgele ölçüm matrisi sağlar. Bu şekilde, geniş bant sinyali Yarnyquist örnekleme hızında geri yüklenebilir.

Kuantum anahtar dağıtımı
Kuantum teknolojisi, geleneksel mikrodalga fotonik uygulamalarını geliştirmenin yanı sıra, kuantum anahtar dağıtımı (QKD) gibi kuantum iletişim sistemlerini de iyileştirebilir. Araştırmacılar, mikrodalga fotonlarını bir kuantum anahtar dağıtım (QKD) sistemine çoklayarak alt taşıyıcı çoklu kuantum anahtar dağıtımını (SCM-QKD) gösterdiler. Bu, birden fazla bağımsız kuantum anahtarının tek bir ışık dalga boyu üzerinden iletilmesini sağlayarak spektral verimliliği artırır.
Şekil 2, çift taşıyıcılı SCM-QKD sisteminin konseptini ve deneysel sonuçlarını göstermektedir:

Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisi umut verici olsa da hâlâ bazı zorluklar var:
1. Sınırlı gerçek zamanlı yetenek: Mevcut sistem, sinyali yeniden oluşturmak için çok fazla biriktirme süresi gerektiriyor.
2. Patlama/tek sinyallerle başa çıkma zorluğu: Yeniden yapılandırmanın istatistiksel niteliği, tekrarlanmayan sinyallere uygulanabilirliğini sınırlar.
3. Gerçek bir mikrodalga dalga formuna dönüştürme: Yeniden oluşturulan histogramı kullanılabilir bir dalga formuna dönüştürmek için ek adımlar gerekir.
4. Cihaz özellikleri: Kuantum ve mikrodalga fotonik cihazların birleşik sistemlerdeki davranışlarının daha fazla incelenmesi gerekmektedir.
5. Entegrasyon: Günümüzde çoğu sistem, hacimli, ayrık bileşenler kullanır.

Bu zorlukların üstesinden gelmek ve alanı ilerletmek için bir dizi ümit verici araştırma alanı ortaya çıkıyor:
1. Gerçek zamanlı sinyal işleme ve tek tespit için yeni yöntemler geliştirmek.
2. Sıvı mikroküre ölçümü gibi yüksek hassasiyet kullanan yeni uygulamaları keşfedin.
3. Boyut ve karmaşıklığı azaltmak için entegre foton ve elektronların gerçekleştirilmesini sağlamak.
4. Entegre kuantum mikrodalga fotonik devrelerinde gelişmiş ışık-madde etkileşimini inceleyin.
5. Kuantum mikrodalga foton teknolojisini diğer gelişmekte olan kuantum teknolojileriyle birleştirin.