Kvantinės mikrobangų fotonikos technologijos taikymas

Kvantinis taikymasmikrobangų fotonikos technologija

Silpno signalo aptikimas
Vienas iš perspektyviausių kvantinės mikrobangų fotonikos technologijos pritaikymo būdų yra itin silpnų mikrobangų/RF signalų aptikimas. Naudojant vieno fotono aptikimą, šios sistemos yra daug jautresnės nei tradiciniai metodai. Pavyzdžiui, mokslininkai pademonstravo kvantinę mikrobangų fotoninę sistemą, kuri gali aptikti net -112,8 dBm signalus be jokio elektroninio stiprinimo. Dėl šio itin didelio jautrumo jis idealiai tinka tokioms reikmėms kaip komunikacijos gilumoje erdvėje.

Mikrobangų fotonikasignalo apdorojimas
Kvantinė mikrobangų fotonika taip pat įgyvendina didelio pralaidumo signalų apdorojimo funkcijas, tokias kaip fazių poslinkis ir filtravimas. Naudodami dispersinį optinį elementą ir reguliuodami šviesos bangos ilgį, tyrėjai įrodė, kad RF fazės pasislenka iki 8 GHz RF filtravimo dažnių juostos plotis iki 8 GHz. Svarbu tai, kad visos šios funkcijos pasiekiamos naudojant 3 GHz elektroniką, o tai rodo, kad našumas viršija tradicines pralaidumo ribas.

Nevietinis dažnio ir laiko atvaizdavimas
Viena įdomi galimybė, kurią suteikia kvantinis susipynimas, yra ne vietinio dažnio atvaizdavimas pagal laiką. Šis metodas gali susieti nuolatinių bangų pumpuojamo vieno fotono šaltinio spektrą su laiko domenu atokioje vietoje. Sistemoje naudojamos įsipainiojusios fotonų poros, kuriose vienas spindulys praeina per spektrinį filtrą, o kitas – per dispersinį elementą. Dėl įsipainiojusių fotonų priklausomybės nuo dažnio spektrinio filtravimo režimas ne lokaliai susietas su laiko domenu.
1 paveikslas iliustruoja šią koncepciją:

Šiuo metodu galima pasiekti lankstų spektrinį matavimą tiesiogiai nekeičiant išmatuoto šviesos šaltinio.

Suspaustas jutimas
Kvantinėmikrobangų optinėtechnologija taip pat suteikia naują suspausto plačiajuosčio ryšio signalų jutimo metodą. Naudodami atsitiktinumą, būdingą kvantiniam aptikimui, mokslininkai pademonstravo kvantinę suspaustą jutimo sistemą, galinčią atsigauti.10 GHz RFspektrai. Sistema moduliuoja RF signalą į koherentinio fotono poliarizacijos būseną. Tada vieno fotono aptikimas suteikia natūralią atsitiktinių matavimų matricą suspaustam jutimui. Tokiu būdu plačiajuosčio ryšio signalas gali būti atkurtas pagal Yarnyquist atrankos dažnį.

Kvantinio rakto paskirstymas
Be tradicinių mikrobangų fotoninių programų tobulinimo, kvantinė technologija taip pat gali pagerinti kvantinio ryšio sistemas, tokias kaip kvantinio rakto paskirstymas (QKD). Tyrėjai pademonstravo antrinio nešiklio multipleksinį kvantinio rakto paskirstymą (SCM-QKD), sutankindami mikrobangų fotonų antrinį nešiklį į kvantinio rakto paskirstymo (QKD) sistemą. Tai leidžia perduoti kelis nepriklausomus kvantinius raktus per vieną šviesos bangos ilgį, taip padidinant spektrinį efektyvumą.
2 paveiksle parodyta dviejų nešėjų SCM-QKD sistemos koncepcija ir eksperimentiniai rezultatai:

Nors kvantinės mikrobangų fotonikos technologija yra perspektyvi, vis dar yra keletas iššūkių:
1. Ribotos realiojo laiko galimybės: dabartinei sistemai reikia daug kaupimo laiko, kad būtų atkurtas signalas.
2. Sunkumai dirbant su serijomis/pavieniais signalais: statistinis rekonstrukcijos pobūdis riboja jos pritaikymą nesikartojantiems signalams.
3. Konvertuoti į tikrą mikrobangų bangos formą: reikia atlikti papildomus veiksmus, kad atkurta histograma būtų konvertuojama į naudotiną bangos formą.
4. Įrenginio charakteristikos: reikia toliau tirti kvantinių ir mikrobangų fotoninių prietaisų veikimą kombinuotose sistemose.
5. Integravimas: dauguma sistemų šiandien naudoja didelių gabaritų atskirus komponentus.

Siekiant išspręsti šiuos iššūkius ir tobulinti šią sritį, atsiranda daug žadančių tyrimų krypčių:
1. Sukurti naujus signalų apdorojimo realiuoju laiku ir pavienio aptikimo metodus.
2. Ištirkite naujas programas, kuriose naudojamas didelis jautrumas, pvz., skystos mikrosferos matavimas.
3. Siekti integruotų fotonų ir elektronų realizavimo, siekiant sumažinti dydį ir sudėtingumą.
4. Ištirti sustiprintą šviesos ir medžiagos sąveiką integruotose kvantinėse mikrobangų fotoninėse grandinėse.
5. Derinkite kvantinių mikrobangų fotonų technologiją su kitomis naujomis kvantinėmis technologijomis.