Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin uygulanması

Kuantum uygulamasımikrodalga fotonik teknolojisi

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

Mikrodalga fotoniğisinyal işleme
Kuantum mikrodalga fotoniği ayrıca 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 fazının 8 GHz'e kadar RF filtreleme bant genişliklerini 8 GHz'e kadar kaydırdığını gösterdi. Önemli olan, bu özelliklerin tamamının 3 GHz elektronik kullanılarak elde edilmesi, performansın geleneksel bant genişliği sınırlarını aştığını gösteriyor

Yerel olmayan frekanstan zamana haritalama
Kuantum dolaşıklığın getirdiği ilginç yeteneklerden biri, yerel olmayan frekansın zamana eşlenmesidir. Bu teknik, sürekli dalga pompalı tek fotonlu bir kaynağın spektrumunu uzak bir konumdaki bir zaman alanına eşleyebilir. Sistem, bir ışının spektral bir filtreden, diğerinin ise dağıtıcı bir elemandan geçtiği dolaşmış foton çiftlerini kullanıyor. Dolaşmış fotonların frekans bağımlılığı nedeniyle, spektral filtreleme modu, yerel olmayan bir şekilde zaman alanına eşlenir.
Şekil 1 bu kavramı göstermektedir:

Bu yöntem, ölçülen ışık kaynağını doğrudan değiştirmeden esnek spektral ölçüm elde edebilir.

Sıkıştırılmış algılama
Kuantummikrodalga optikteknoloji aynı zamanda geniş bant sinyallerinin sıkıştırılmış algılanması için yeni bir yöntem sağlar. Kuantum algılamanın doğasında bulunan rastgeleliği kullanan araştırmacılar, verileri kurtarma kapasitesine sahip bir kuantum sıkıştırılmış algılama sistemi gösterdiler.10 GHz RFspektrum. Sistem, RF sinyalini tutarlı fotonun polarizasyon durumuna göre modüle eder. Tek foton tespiti daha sonra sıkıştırılmış algılama için doğal bir rastgele ölçüm matrisi sağlar. Bu şekilde geniş bant sinyali Yarnyquist örnekleme oranında geri yüklenebilir.

Kuantum anahtar dağıtımı
Kuantum teknolojisi, geleneksel mikrodalga fotonik uygulamalarını geliştirmenin yanı sıra, kuantum anahtar dağıtımı (QKD) gibi kuantum iletişim sistemlerini de geliştirebilir. Araştırmacılar, mikrodalga foton alt taşıyıcısını bir kuantum anahtar dağıtım (QKD) sistemine çoğaltarak alt taşıyıcı çoklu kuantum anahtar dağıtımını (SCM-QKD) gösterdiler. Bu, birden fazla bağımsız kuantum anahtarının tek bir ışık dalga boyu üzerinden iletilmesine olanak tanır, böylece spektral verimlilik artar.
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 birikim süresi gerektirir.
2. Çoğuşma/tek sinyallerle baş etme zorluğu: Yeniden yapılandırmanın istatistiksel doğası, tekrarlanmayan sinyallere uygulanabilirliğini sınırlar.
3. Gerçek bir mikrodalga dalga biçimine dönüştürme: Yeniden oluşturulan histogramı kullanılabilir bir dalga biçimine dönüştürmek için ek adımlar gereklidir.
4. Cihaz özellikleri: Kuantum ve mikrodalga fotonik cihazların birleşik sistemlerdeki davranışına ilişkin daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
5. Entegrasyon: Günümüzde çoğu sistem büyük, ayrı bileşenler kullanıyor.

Bu zorlukların üstesinden gelmek ve alanı ilerletmek için bir dizi umut verici araştırma yönü ortaya çıkıyor:
1. Gerçek zamanlı sinyal işleme ve tekli tespit için yeni yöntemler geliştirin.
2. Sıvı mikroküre ölçümü gibi yüksek hassasiyet kullanan yeni uygulamaları keşfedin.
3. Boyutu ve karmaşıklığı azaltmak için entegre fotonların ve elektronların gerçekleştirilmesini takip edin.
4. Entegre kuantum mikrodalga fotonik devrelerinde gelişmiş ışık-madde etkileşimini inceleyin.
5. Kuantum mikrodalga foton teknolojisini yeni ortaya çıkan diğer kuantum teknolojileriyle birleştirin.