Примена квантне микроталасне фотонске технологије

Примена квантногтехнологија микроталасне фотонике

Детекција слабог сигнала
Једна од најперспективнијих примена квантне микроталасне фотонске технологије је детекција изузетно слабих микроталасних/РФ сигнала. Коришћењем детекције појединачних фотона, ови системи су далеко осетљивији од традиционалних метода. На пример, истраживачи су демонстрирали квантни микроталасни фотонски систем који може да детектује сигнале ниске до -112,8 dBm без икаквог електронског појачања. Ова ултрависока осетљивост чини га идеалним за примене као што је комуникација у дубоком свемиру.

Микроталасна фотоникаобрада сигнала
Квантна микроталасна фотоника такође имплементира функције обраде сигнала високог пропусног опсега, као што су померање фазе и филтрирање. Коришћењем дисперзивног оптичког елемента и подешавањем таласне дужине светлости, истраживачи су показали чињеницу да РФ фаза помера до 8 GHz и РФ филтрира пропусне опсеге до 8 GHz. Важно је напоменути да су све ове карактеристике постигнуте коришћењем електронике од 3 GHz, што показује да перформансе превазилазе традиционална ограничења пропусног опсега.

Мапирање нелокалне фреквенције у време
Једна занимљива могућност коју доноси квантна испреплетеност јесте мапирање нелокалне фреквенције у време. Ова техника може мапирати спектар континуално пумпаног једнофотонског извора у временски домен на удаљеној локацији. Систем користи испреплетене фотонске парове у којима један сноп пролази кроз спектрални филтер, а други кроз дисперзивни елемент. Због фреквентне зависности испреплетених фотона, режим спектралног филтрирања се нелокално мапира у временски домен.
Слика 1 илуструје овај концепт:

Ова метода може постићи флексибилно спектрално мерење без директног манипулисања измереним извором светлости.

Компримовани сензор
Квантнимикроталасни оптичкитехнологија такође пружа нови метод за компресовано детектовање широкопојасних сигнала. Користећи случајност својствену квантној детекцији, истраживачи су демонстрирали квантни компресовани систем детекције способан да опорави10 GHz РФспектри. Систем модулира РФ сигнал у стање поларизације кохерентног фотона. Детекција једног фотона затим пружа природну матрицу случајног мерења за компресовано очитавање. На овај начин, широкопојасни сигнал се може обновити на Јарниквистовој брзини узорковања.

Квантна дистрибуција кључева
Поред побољшања традиционалних примена микроталасне фотонике, квантна технологија такође може побољшати квантне комуникационе системе као што је квантна дистрибуција кључева (QKD). Истраживачи су демонстрирали квантну дистрибуцију кључева са вишеструким подносиоцима (SCM-QKD) мултиплексирањем подносиоца микроталасних фотона на систем квантне дистрибуције кључева (QKD). Ово омогућава пренос више независних квантних кључева преко једне таласне дужине светлости, чиме се повећава спектрална ефикасност.
Слика 2 приказује концепт и експерименталне резултате SCM-QKD система са два носача:

Иако је квантна микроталасна фотоничка технологија обећавајућа, и даље постоје неки изазови:
1. Ограничене могућности рада у реалном времену: Тренутни систем захтева много времена акумулације да би реконструисао сигнал.
2. Тешкоће у раду са рафалним/појединачним сигналима: Статистичка природа реконструкције ограничава њену применљивост на непонављајуће сигнале.
3. Конвертовање у прави микроталасни таласни облик: Потребни су додатни кораци за конвертовање реконструисаног хистограма у употребљив таласни облик.
4. Карактеристике уређаја: Потребна су даља истраживања понашања квантних и микроталасних фотонских уређаја у комбинованим системима.
5. Интеграција: Већина система данас користи гломазне дискретне компоненте.

Да би се решили ови изазови и унапредила област, појављује се низ обећавајућих истраживачких праваца:
1. Развити нове методе за обраду сигнала у реалном времену и појединачну детекцију.
2. Истражите нове примене које користе високу осетљивост, као што је мерење течних микросфера.
3. Тежити реализацији интегрисаних фотона и електрона како би се смањила величина и сложеност.
4. Проучите појачану интеракцију светлости и материје у интегрисаним квантним микроталасним фотонским колима.
5. Комбиновати квантну микроталасну фотонску технологију са другим новим квантним технологијама.