Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin uygulaması

Kuantum uygulamasımikrodalga fotonik teknolojisi

Zayıf sinyal tespiti
Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisinin en umut vadeden uygulamalarından biri, son derece zayıf mikrodalga/RF sinyallerinin tespitidir. Tek foton algılama yöntemini kullanan bu sistemler, geleneksel yöntemlere göre çok daha hassastır. Örneğin, araştırmacılar, herhangi bir elektronik yükseltme olmadan -112,8 dBm kadar düşük sinyalleri algılayabilen bir kuantum mikrodalga fotonik sistemi geliştirdiler. Bu ultra yüksek hassasiyet, onu derin uzay iletişimi gibi uygulamalar için ideal hale getiriyor.

Mikrodalga fotoniğisinyal işleme
Kuantum mikrodalga fotoniği, faz kaydırma ve filtreleme gibi yüksek bant genişliğine sahip sinyal işleme fonksiyonlarını da uygulamaktadır. Araştırmacılar, dağıtıcı bir optik eleman kullanarak ve ışığın dalga boyunu ayarlayarak, 8 GHz'e kadar RF faz kaydırma ve 8 GHz'e kadar RF filtreleme bant genişliklerinin mümkün olduğunu göstermişlerdir. Daha da önemlisi, bu özelliklerin tamamı 3 GHz elektronik devreler kullanılarak elde edilmiştir; bu da performansın geleneksel bant genişliği sınırlarını aştığını göstermektedir.

Yerel olmayan frekans-zaman eşlemesi
Kuantum dolanıklığının getirdiği ilginç yeteneklerden biri, yerel olmayan frekansın zamana eşlenmesidir. Bu teknik, sürekli dalga ile pompalanan tek foton kaynağının spektrumunu uzak bir konumda 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 sağlayabilir.

Sıkıştırılmış algılama
Kuantummikrodalga optikBu teknoloji aynı zamanda geniş bant sinyallerinin sıkıştırılmış algılanması için yeni bir yöntem de sunmaktadır. Kuantum algılamanın doğasında bulunan rastgeleliği kullanan araştırmacılar, sinyalleri geri kazanabilen bir kuantum sıkıştırılmış algılama sistemi geliştirdiler.10 GHz RFSpektrumlar. Sistem, RF sinyalini tutarlı fotonun polarizasyon durumuna göre 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 kazanılabilir.

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 alt taşıyıcılar halinde bir kuantum anahtar dağıtım (QKD) sistemine çoklayarak alt taşıyıcı çoklama kuantum anahtar dağıtımını (SCM-QKD) gösterdiler. Bu, birden fazla bağımsız kuantum anahtarının tek bir ışık dalga boyu üzerinden iletilmesine olanak tanıyarak spektral verimliliği artırır.
Şekil 2, çift taşıyıcılı SCM-QKD sisteminin konseptini ve deneysel sonuçlarını göstermektedir:

Kuantum mikrodalga fotonik teknolojisi umut vadeden bir teknoloji olsa da, hâlâ bazı zorluklar mevcut:
1. Sınırlı gerçek zamanlı yetenek: Mevcut sistem, sinyali yeniden oluşturmak için çok fazla birikim süresi gerektiriyor.
2. Ani/tek sinyallerle başa çıkmada zorluk: Yeniden yapılandırmanın istatistiksel yapısı, uygulanabilirliğini tekrarlanmayan sinyallerle sınırlandırmaktadır.
3. Gerçek bir mikrodalga dalga formuna dönüştürme: Yeniden oluşturulan histogramı kullanılabilir bir dalga formuna dönüştürmek için ek adımlar gereklidir.
4. Cihaz Özellikleri: Birleşik sistemlerde kuantum ve mikrodalga fotonik cihazların davranışının daha ayrıntılı incelenmesi gerekmektedir.
5. Entegrasyon: Günümüzdeki çoğu sistem, hantal ve ayrı bileşenler kullanmaktadır.

Bu zorlukların üstesinden gelmek ve alanı geliştirmek için bir dizi umut vadeden araştırma yönü ortaya çıkmaktadır:
1. Gerçek zamanlı sinyal işleme ve tekil algılama için yeni yöntemler geliştirin.
2. Sıvı mikrosfer ölçümü gibi yüksek hassasiyet gerektiren yeni uygulamaları araştırın.
3. Boyut ve karmaşıklığı azaltmak için entegre foton ve elektronların gerçekleştirilmesini hedefleyin.
4. Entegre kuantum mikrodalga fotonik devrelerinde gelişmiş ışık-madde etkileşimini inceleyin.
5. Kuantum mikrodalga foton teknolojisini diğer gelişmekte olan kuantum teknolojileriyle birleştirin.