Anvendelse af kvantemikrobølgefotonikteknologi

Anvendelse af kvantemikrobølge fotonik teknologi

Svag signaldetektion
En af de mest lovende anvendelser af kvantemikrobølgefotonikteknologi er detektion af ekstremt svage mikrobølge-/RF-signaler. Ved at anvende enkeltfotondetektion er disse systemer langt mere følsomme end traditionelle metoder. Forskerne har for eksempel demonstreret et kvantemikrobølgefotoniksystem, der kan detektere signaler så lave som -112,8 dBm uden nogen elektronisk forstærkning. Denne ultrahøje følsomhed gør det ideelt til anvendelser som f.eks. kommunikation i det dybe rum.

Mikrobølgefotoniksignalbehandling
Kvantemikrobølgefotonik implementerer også signalbehandlingsfunktioner med høj båndbredde, såsom faseforskydning og filtrering. Ved at bruge et dispersivt optisk element og justere lysets bølgelængde demonstrerede forskerne, at RF-faseforskydninger op til 8 GHz og RF-filtreringsbåndbredder op til 8 GHz. Det er vigtigt at bemærke, at disse funktioner alle opnås ved hjælp af 3 GHz-elektronik, hvilket viser, at ydeevnen overstiger traditionelle båndbreddegrænser.

Ikke-lokal frekvens-til-tid-kortlægning
En interessant funktion, der opnås ved kvantesammenfiltring, er kortlægningen af ​​ikke-lokal frekvens til tid. Denne teknik kan kortlægge spektret af en kontinuerlig bølgepumpet enkeltfotonkilde til et tidsdomæne på en fjern placering. Systemet bruger sammenfiltrede fotonpar, hvor den ene stråle passerer gennem et spektralfilter, og den anden passerer gennem et dispersivt element. På grund af frekvensafhængigheden af ​​sammenfiltrede fotoner er den spektrale filtreringstilstand kortlagt ikke-lokalt til tidsdomænet.
Figur 1 illustrerer dette koncept:

Denne metode kan opnå fleksibel spektralmåling uden direkte at manipulere den målte lyskilde.

Komprimeret registrering
KvantemikrobølgeoptiskTeknologien giver også en ny metode til komprimeret registrering af bredbåndssignaler. Ved at bruge den tilfældighed, der er forbundet med kvantedetektion, har forskere demonstreret et kvantekomprimeret registreringssystem, der er i stand til at genvinde10 GHz RFspektre. Systemet modulerer RF-signalet til polarisationstilstanden for den kohærente foton. Enkeltfotondetektion giver derefter en naturlig tilfældig målematrix til komprimeret registrering. På denne måde kan bredbåndssignalet gendannes ved Yarnyquist-samplingfrekvensen.

Kvante nøglefordeling
Udover at forbedre traditionelle mikrobølgefotoniske applikationer kan kvanteteknologi også forbedre kvantekommunikationssystemer såsom kvantenøglefordeling (QKD). Forskerne demonstrerede subcarrier multiplex kvantenøglefordeling (SCM-QKD) ved at multiplekse mikrobølgefotonersubbærere over på et kvantenøglefordelingssystem (QKD). Dette gør det muligt at transmittere flere uafhængige kvantenøgler over en enkelt lysbølgelængde, hvorved spektral effektivitet øges.
Figur 2 viser konceptet og de eksperimentelle resultater af SCM-QKD-systemet med dobbeltbærer:

Selvom kvantemikrobølgefotonikteknologi er lovende, er der stadig nogle udfordringer:
1. Begrænset realtidskapacitet: Det nuværende system kræver meget akkumuleringstid for at rekonstruere signalet.
2. Vanskeligheder med at håndtere burst-/enkeltsignaler: Rekonstruktionens statistiske natur begrænser dens anvendelighed på ikke-gentagne signaler.
3. Konvertér til en reel mikrobølgebølgeform: Yderligere trin er nødvendige for at konvertere det rekonstruerede histogram til en brugbar bølgeform.
4. Enhedsegenskaber: Yderligere undersøgelse af opførslen af ​​kvante- og mikrobølgefotoniske enheder i kombinerede systemer er nødvendig.
5. Integration: De fleste systemer bruger i dag store, diskrete komponenter.

For at imødegå disse udfordringer og fremme feltet, er en række lovende forskningsretninger ved at dukke op:
1. Udvikle nye metoder til realtidssignalbehandling og enkeltdetektion.
2. Udforsk nye anvendelser, der udnytter høj følsomhed, såsom måling af flydende mikrosfærer.
3. Fortsæt realiseringen af ​​integrerede fotoner og elektroner for at reducere størrelse og kompleksitet.
4. Undersøg den forbedrede lys-stof-interaktion i integrerede kvantemikrobølgefotoniske kredsløb.
5. Kombinér kvantemikrobølgefotonteknologi med andre nye kvanteteknologier.