Примена технологије квантне микроталасне фотонике

Примена квантамикроталасна фотоничка технологија

Детекција слабог сигнала
Једна од најперспективнијих примена технологије квантне микроталасне фотонике је детекција изузетно слабих микроталасних/РФ сигнала. Коришћењем детекције једног фотона, ови системи су далеко осетљивији од традиционалних метода. На пример, истраживачи су демонстрирали квантни микроталасни фотонски систем који може детектовати сигнале ниже од -112,8 дБм без икаквог електронског појачања. Ова ултра-висока осетљивост чини га идеалним за апликације као што су комуникације у дубоком свемиру.

Микроталасна фотоникаобрада сигнала
Квантна микроталасна фотоника такође имплементира функције обраде сигнала великог пропусног опсега као што су померање фазе и филтрирање. Коришћењем дисперзивног оптичког елемента и подешавањем таласне дужине светлости, истраживачи су показали чињеницу да се РФ фаза помера до 8 ГХз РФ филтерског опсега до 8 ГХз. Важно је да се све ове карактеристике постижу коришћењем електронике од 3 ГХз, што показује да перформансе премашују традиционалне границе пропусног опсега

Нелокално мапирање фреквенције у време
Једна интересантна способност коју доноси квантна запетљаност је мапирање не-локалне фреквенције у време. Ова техника може мапирати спектар једнофотонског извора који се пумпа континуираним таласима у временски домен на удаљеној локацији. Систем користи испреплетене парове фотона у којима један сноп пролази кроз спектрални филтер, а други пролази кроз дисперзивни елемент. Због фреквентне зависности уплетених фотона, режим спектралног филтрирања је мапиран не-локално у временски домен.
Слика 1 илуструје овај концепт:

Овај метод може постићи флексибилно спектрално мерење без директног манипулисања измереним извором светлости.

Компресовани сензор
Куантуммикроталасна оптичкатехнологија такође пружа нови метод за компримовану детекцију широкопојасних сигнала. Користећи случајност својствену квантној детекцији, истраживачи су показали квантно компримовани сензорски систем способан да се опорави10 ГХз РФспектри. Систем модулира РФ сигнал у стање поларизације кохерентног фотона. Детекција једног фотона тада обезбеђује природну насумично мерну матрицу за компримовани сенсинг. На овај начин, широкопојасни сигнал се може вратити на Иарникуист стопу узорковања.

Квантна дистрибуција кључа
Поред побољшања традиционалних микроталасних фотонских апликација, квантна технологија такође може побољшати квантне комуникационе системе као што је квантна дистрибуција кључева (ККД). Истраживачи су демонстрирали мултиплексну квантну дистрибуцију кључа (СЦМ-ККД) мултиплексирањем подносача микроталасних фотона на систем квантне дистрибуције кључа (ККД). Ово омогућава да се више независних квантних кључева преноси преко једне таласне дужине светлости, чиме се повећава спектрална ефикасност.
Слика 2 приказује концепт и експерименталне резултате СЦМ-ККД система са два носача:

Иако технологија квантне микроталасне фотонике обећава, још увек постоје неки изазови:
1. Ограничена способност у реалном времену: Тренутни систем захтева много времена акумулације да би се реконструисао сигнал.
2. Потешкоће у раду са рафалним/појединачним сигналима: Статистичка природа реконструкције ограничава њену применљивост на сигнале који се не понављају.
3. Претворите у прави микроталасни таласни облик: Потребни су додатни кораци да би се реконструисани хистограм претворио у употребљив таласни облик.
4. Карактеристике уређаја: Потребно је даље проучавање понашања квантних и микроталасних фотонских уређаја у комбинованим системима.
5. Интеграција: Већина система данас користи гломазне дискретне компоненте.

Да би се одговорило на ове изазове и унапредило ово поље, појављује се низ обећавајућих праваца истраживања:
1. Развити нове методе за обраду сигнала у реалном времену и појединачну детекцију.
2. Истражите нове апликације које користе високу осетљивост, као што је мерење течних микросфера.
3. Наставите са реализацијом интегрисаних фотона и електрона како бисте смањили величину и сложеност.
4. Проучите побољшану интеракцију светлости материје у интегрисаним квантним микроталасним фотонским колима.
5. Комбинујте технологију квантне микроталасне фотоне са другим квантним технологијама у настајању.