Εφαρμογή κβαντικούΤεχνολογία φωτονικής μικροκυμάτων
Ασθενής ανίχνευση σήματος
Μία από τις πιο ελπιδοφόρες εφαρμογές της κβαντικής τεχνολογίας φωτονικής μικροκυμάτων είναι η ανίχνευση εξαιρετικά αδύναμων σημάτων μικροκυμάτων/RF. Χρησιμοποιώντας την ανίχνευση μεμονωμένων φωτονίων, αυτά τα συστήματα είναι πολύ πιο ευαίσθητα από τις παραδοσιακές μεθόδους. Για παράδειγμα, οι ερευνητές έχουν επιδείξει ένα κβαντικό φωτονικό σύστημα μικροκυμάτων που μπορεί να ανιχνεύσει σήματα τόσο χαμηλά όσο -112,8 dBM χωρίς ηλεκτρονική ενίσχυση. Αυτή η εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία το καθιστά ιδανικό για εφαρμογές όπως οι επικοινωνίες βαθιάς διαστήματος.
Φωτονική μικροκυμάτωνεπεξεργασία σήματος
Η κβαντική φωτονική μικροκυμάτων υλοποιεί επίσης λειτουργίες επεξεργασίας σήματος υψηλού ζώνη ζώνης, όπως μετατόπιση φάσης και φιλτράρισμα. Χρησιμοποιώντας ένα οπτικό στοιχείο διασποράς και ρύθμιση του μήκους κύματος του φωτός, οι ερευνητές κατέδειξαν το γεγονός ότι η φάση RF μετατοπίζει έως και 8 GHz RF φιλτράρισμα εύρος ζώνης έως 8 GHz. Είναι σημαντικό ότι αυτά τα χαρακτηριστικά επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά 3 GHz, τα οποία δείχνουν ότι η απόδοση υπερβαίνει τα παραδοσιακά όρια εύρους ζώνης
Μη τοπική συχνότητα στη χαρτογράφηση χρόνου
Μια ενδιαφέρουσα ικανότητα που προκαλείται από την κβαντική εμπλοκή είναι η χαρτογράφηση της μη τοπικής συχνότητας. Αυτή η τεχνική μπορεί να χαρτογραφήσει το φάσμα μιας πηγής μονής φωτονίου συνεχούς κύματος σε έναν τομέα χρόνου σε απομακρυσμένη θέση. Το σύστημα χρησιμοποιεί ζεύγη φωτονίων εμπλεγμένα στα οποία μια δέσμη διέρχεται μέσω ενός φασματικού φίλτρου και ο άλλος περνά μέσα από ένα στοιχείο διασποράς. Λόγω της εξάρτησης από τη συχνότητα των εμπλεγμένων φωτονίων, ο τρόπος φασματικού φιλτραρίσματος χαρτογραφείται μη ουσιαστικά στον τομέα του χρόνου.
Το σχήμα 1 απεικονίζει αυτήν την έννοια:
Αυτή η μέθοδος μπορεί να επιτύχει ευέλικτη φασματική μέτρηση χωρίς να χειριστεί άμεσα τη μετρούμενη πηγή φωτός.
Συμπιεσμένη ανίχνευση
Ποσοστόμικροκύματα οπτικόΗ τεχνολογία παρέχει επίσης μια νέα μέθοδο για συμπιεσμένη ανίχνευση ευρυζωνικών σημάτων. Χρησιμοποιώντας την τυχαιότητα που ενυπάρχει στην κβαντική ανίχνευση, οι ερευνητές έχουν επιδείξει ένα κβαντικό συμπιεσμένο σύστημα ανίχνευσης ικανό να ανακάμψει10 GHz RFφάσματα. Το σύστημα ρυθμίζει το σήμα RF στην κατάσταση πόλωσης του συνεκτικού φωτονίου. Η ανίχνευση ενός φωτονίου παρέχει στη συνέχεια μια φυσική τυχαία μήτρα μέτρησης για συμπιεσμένη ανίχνευση. Με αυτόν τον τρόπο, το ευρυζωνικό σήμα μπορεί να αποκατασταθεί στο ποσοστό δειγματοληψίας Yarnyquist.
Κατανομή κβαντικού κλειδιού
Εκτός από την ενίσχυση των παραδοσιακών φωτονικών εφαρμογών μικροκυμάτων, η κβαντική τεχνολογία μπορεί επίσης να βελτιώσει τα συστήματα κβαντικής επικοινωνίας όπως η κατανομή κβαντικού κλειδιού (QKD). Οι ερευνητές κατέδειξαν διανομή πολλαπλών κβαντικών κλειδιών υποεπιλογής (SCM-QKD) με πολυπλεξικά φωτόνια μικροκυμάτων σε σύστημα κατανομής κβαντικού κλειδιού (QKD). Αυτό επιτρέπει την μετάδοση πολλαπλών ανεξάρτητων κβαντικών πλήκτρων σε ένα μόνο μήκος κύματος φωτός, αυξάνοντας έτσι τη φασματική απόδοση.
Το σχήμα 2 δείχνει την έννοια και τα πειραματικά αποτελέσματα του συστήματος SCM-QKD διπλού φορέα:
Παρόλο που η κβαντική τεχνολογία φωτονικής μικροκυμάτων είναι πολλά υποσχόμενη, εξακολουθούν να υπάρχουν κάποιες προκλήσεις:
1. Περιορισμένη ικανότητα σε πραγματικό χρόνο: Το τρέχον σύστημα απαιτεί πολύ χρόνο συσσώρευσης για την ανασυγκρότηση του σήματος.
2. Δυσκολία αντιμετώπισης των σημάτων έκρηξης/μεμονωμένων σημάτων: Η στατιστική φύση της ανασυγκρότησης περιορίζει την εφαρμογή της σε μη επαναλαμβανόμενα σήματα.
3. Μετατροπή σε πραγματική κυματομορφή μικροκυμάτων: Απαιτούνται πρόσθετα βήματα για τη μετατροπή του ανακατασκευασμένου ιστόγραμμα σε μια χρησιμοποιήσιμη κυματομορφή.
4. Χαρακτηριστικά συσκευής: Απαιτείται περαιτέρω μελέτη της συμπεριφοράς των φωτονικών συσκευών κβαντικών και μικροκυμάτων σε συνδυασμένα συστήματα.
5. Ενσωμάτωση: Τα περισσότερα συστήματα σήμερα χρησιμοποιούν ογκώδη διακριτά εξαρτήματα.
Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων και την προώθηση του τομέα, εμφανίζονται ορισμένες υποσχόμενες οδηγίες έρευνας:
1. Αναπτύξτε νέες μεθόδους για την επεξεργασία σήματος σε πραγματικό χρόνο και την ενιαία ανίχνευση.
2. Εξερευνήστε νέες εφαρμογές που χρησιμοποιούν υψηλή ευαισθησία, όπως μέτρηση μικροσφαιριδίων υγρού.
3. Επιδιώξτε την πραγματοποίηση ολοκληρωμένων φωτονίων και ηλεκτρονίων για τη μείωση του μεγέθους και της πολυπλοκότητας.
4. Μελετήστε την ενισχυμένη αλληλεπίδραση φωτός-υλικού σε ολοκληρωμένα κβαντικά φωτονικά κυκλώματα μικροκυμάτων.
5. Συνδυάστε την τεχνολογία φωτονίων κβαντικού μικροκυμάτων με άλλες αναδυόμενες κβαντικές τεχνολογίες.
Χρόνος δημοσίευσης: SEP-02-2024