Anvendelse af kvantemikrobølge fotonik teknologi
Detektion af svagt signal
En af de mest lovende anvendelser af kvantemikrobølgefotonikteknologi er detektering af ekstremt svage mikrobølge-/RF-signaler. Ved at bruge enkeltfotondetektion er disse systemer langt mere følsomme end traditionelle metoder. For eksempel har forskerne demonstreret et kvantemikrobølgefotonisk system, der kan detektere signaler helt ned til -112,8 dBm uden nogen elektronisk forstærkning. Denne ultrahøje følsomhed gør den ideel til applikationer såsom 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 det faktum, at RF-faseskifter op til 8 GHz RF-filtreringsbåndbredder op til 8 GHz. Det er vigtigt, at disse funktioner alle opnås ved hjælp af 3 GHz elektronik, hvilket viser, at ydeevnen overstiger traditionelle båndbreddegrænser
Ikke-lokal frekvens til tidskortlægning
En interessant evne forårsaget af kvantesammenfiltring er kortlægningen af ikke-lokal frekvens til tid. Denne teknik kan kortlægge spektret af en kontinuerlig bølgepumpet enkeltfotonkilde til et tidsdomæne på et fjerntliggende sted. 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, kortlægges den spektrale filtreringstilstand ikke-lokalt til tidsdomænet.
Figur 1 illustrerer dette koncept:
Denne metode kan opnå fleksibel spektral måling uden direkte at manipulere den målte lyskilde.
Komprimeret sansning
Kvantemikrobølge optiskteknologien giver også en ny metode til komprimeret registrering af bredbåndssignaler. Ved at bruge den tilfældighed, der er iboende i kvantedetektion, har forskere demonstreret et kvantekomprimeret sensorsystem, der er i stand til at genoprette10 GHz RFspektre. Systemet modulerer RF-signalet til polarisationstilstanden for den kohærente foton. Enkeltfotondetektion giver derefter en naturlig tilfældig målematrix til komprimeret sensing. På denne måde kan bredbåndssignalet gendannes ved Yarnyquists samplinghastighed.
Kvantenøglefordeling
Ud over at forbedre traditionelle mikrobølgefotoniske applikationer kan kvanteteknologi også forbedre kvantekommunikationssystemer såsom kvantenøglefordeling (QKD). Forskerne demonstrerede subcarrier multiplex quantum key distribution (SCM-QKD) ved at multiplekse mikrobølge fotoner subcarrier på et kvante nøgle distribution (QKD) system. Dette gør det muligt at transmittere flere uafhængige kvantenøgler over en enkelt bølgelængde af lys og derved øge spektral effektivitet.
Figur 2 viser konceptet og de eksperimentelle resultater af dual-carrier SCM-QKD-systemet:
Selvom kvantemikrobølgefotonikteknologi er lovende, er der stadig nogle udfordringer:
1. Begrænset realtidskapacitet: Det nuværende system kræver meget akkumuleringstid for at rekonstruere signalet.
2. Vanskeligheder ved at håndtere burst/enkeltsignaler: Den statistiske karakter af rekonstruktionen begrænser dens anvendelighed til ikke-gentagende signaler.
3. Konverter til en rigtig mikrobølgeform: Yderligere trin er nødvendige for at konvertere det rekonstruerede histogram til en brugbar bølgeform.
4. Enhedsegenskaber: Yderligere undersøgelse af opførselen af kvante- og mikrobølgefotoniske enheder i kombinerede systemer er nødvendig.
5. Integration: De fleste systemer bruger i dag voluminøse diskrete komponenter.
For at løse disse udfordringer og fremme feltet, dukker en række lovende forskningsretninger op:
1. Udvikle nye metoder til signalbehandling i realtid og enkeltdetektion.
2. Udforsk nye applikationer, der udnytter høj følsomhed, såsom måling af flydende mikrosfærer.
3. Forfølge realiseringen af integrerede fotoner og elektroner for at reducere størrelse og kompleksitet.
4. Undersøg den forbedrede lys-stof-interaktion i integrerede kvantemikrobølgefotoniske kredsløb.
5. Kombiner kvantemikrobølgefotonteknologi med andre nye kvanteteknologier.
Indlægstid: Sep-02-2024