Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin uygulaması

Kuantumun uygulanmasımikrodalga fotonik teknolojisi

Zayıf sinyal algılama
Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin en umut verici uygulamalarından biri, son derece zayıf mikrodalga/RF sinyallerinin algılanmasıdır. Tek foton algılamayı kullanarak, bu sistemler geleneksel yöntemlerden çok daha hassastır. Örneğin, araştırmacılar herhangi bir elektronik amplifikasyon olmadan -112,8 dBm kadar düşük sinyalleri algılayabilen bir kuantum mikrodalga fotonik sistemi gösterdiler. Bu ultra yüksek hassasiyet, onu derin uzay iletişimleri gibi uygulamalar için ideal hale getirir.

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 kaymalarının 8 GHz'e kadar RF filtreleme bant genişliklerine kadar 8 GHz'e kadar olduğunu gösterdiler. Önemlisi, bu özelliklerin tümü 3 GHz elektroniği kullanılarak elde ediliyor ve bu da performansın geleneksel bant genişliği sınırlarını aştığını gösteriyor

Yerel olmayan frekans-zaman eşlemesi
Kuantum dolaşıklığının ortaya çıkardığı ilginç bir yetenek, 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 dağıtıcı bir elemandan geçtiği dolaşık foton çiftlerini kullanır. Dolaşık fotonların frekans bağımlılığı nedeniyle, spektral filtreleme modu yerel olmayan bir şekilde zaman alanına eşlenir.
Şekil 1 bu kavramı göstermektedir:

Bu yöntemle, ölçülen ışık kaynağına doğrudan müdahale edilmeden esnek spektral ölçüm elde edilebilmektedir.

Sıkıştırılmış algılama
Kuantummikrodalga optikteknoloji ayrıca geniş bant sinyallerinin sıkıştırılmış algılanması için yeni bir yöntem sağlar. Kuantum algılamada bulunan rastgeleliği kullanarak araştırmacılar, kuantum sıkıştırılmış algılama sistemini kurtarabilen bir kuantum sıkıştırılmış algılama sistemi gösterdiler.10 GHz RFspektrumlar. Sistem, RF sinyalini tutarlı fotonun polarizasyon durumuna modüle eder. Tek foton algılama daha sonra sıkıştırılmış algılama için doğal bir rastgele ölçüm matrisi sağlar. Bu şekilde, geniş bant sinyali Yarnyquist örnekleme hızında geri yüklenebilir.

Kuantum anahtar dağıtımı
Geleneksel mikrodalga fotonik uygulamalarını geliştirmenin yanı sıra, kuantum teknolojisi kuantum anahtar dağıtımı (QKD) gibi kuantum iletişim sistemlerini de iyileştirebilir. Araştırmacılar, mikrodalga foton alt taşıyıcısını 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 iletilmesine olanak tanır ve böylece 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 yapısı, tekrarlanmayan sinyallere uygulanabilirliğini sınırlar.
3. Gerçek bir mikrodalga dalga biçimine dönüştürme: Yeniden oluşturulan histogramı kullanılabilir bir dalga biçimine 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, ayrı 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 takip edin.
4. Entegre kuantum mikrodalga fotonik devrelerinde artırılmış ışık-madde etkileşimini inceleyin.
5. Kuantum mikrodalga foton teknolojisini diğer yeni ortaya çıkan kuantum teknolojileriyle birleştirin.