Kvantu mikroviļņu fotonikas tehnoloģijas pielietojums

Kvantu pielietojumsmikroviļņu fotonikas tehnoloģija

Vāja signāla noteikšana
Viens no daudzsološākajiem kvantu mikroviļņu fotonikas tehnoloģijas pielietojumiem ir ārkārtīgi vāju mikroviļņu/RF signālu noteikšana. Izmantojot atsevišķu fotonu noteikšanu, šīs sistēmas ir daudz jutīgākas nekā tradicionālās metodes. Piemēram, pētnieki ir demonstrējuši kvantu mikroviļņu fotonu sistēmu, kas spēj noteikt signālus līdz pat -112,8 dBm bez jebkādas elektroniskas pastiprināšanas. Šī īpaši augstā jutība padara to ideāli piemērotu tādām lietojumprogrammām kā tālā kosmosa sakari.

Mikroviļņu fotonikasignālu apstrāde
Kvantu mikroviļņu fotonika īsteno arī liela joslas platuma signālu apstrādes funkcijas, piemēram, fāzes nobīdi un filtrēšanu. Izmantojot dispersīvu optisko elementu un pielāgojot gaismas viļņa garumu, pētnieki pierādīja faktu, ka RF fāzes nobīde sasniedz 8 GHz RF filtrēšanas joslas platumu līdz 8 GHz. Svarīgi ir tas, ka visas šīs funkcijas tiek panāktas, izmantojot 3 GHz elektroniku, kas parāda, ka veiktspēja pārsniedz tradicionālās joslas platuma robežas.

Nelokāla frekvences un laika kartēšana
Viena interesanta kvantu sapīšanās sniegtā iespēja ir nelokālās frekvences kartēšana laikā. Šī metode var kartēt nepārtrauktas darbības viļņa sūknēta viena fotona avota spektru laika domēnā attālā vietā. Sistēma izmanto sapinušos fotonu pārus, kuros viens stars iziet cauri spektrālajam filtram, bet otrs - caur dispersīvu elementu. Sapinušos fotonu frekvences atkarības dēļ spektrālā filtrēšanas režīms tiek nelokāli kartēts laika domēnā.
1. attēls ilustrē šo koncepciju:

Šī metode var panākt elastīgu spektrālo mērījumu, tieši nemanipulējot ar izmērīto gaismas avotu.

Saspiesta uztveršana
Kvantumikroviļņu optiskātehnoloģija nodrošina arī jaunu metodi platjoslas signālu saspiestai uztveršanai. Izmantojot kvantu detekcijas raksturīgo nejaušību, pētnieki ir demonstrējuši kvantu saspiestu uztveršanas sistēmu, kas spēj atgūt10 GHz radiofrekvenču frekvencespektri. Sistēma modulē RF signālu koherentā fotona polarizācijas stāvoklī. Atsevišķu fotonu noteikšana pēc tam nodrošina dabisku nejaušu mērījumu matricu saspiestai uztveršanai. Tādā veidā platjoslas signālu var atjaunot ar Jarnikvista paraugu ņemšanas frekvenci.

Kvantu atslēgu sadalījums
Papildus tradicionālo mikroviļņu fotonikas pielietojumu uzlabošanai kvantu tehnoloģija var arī uzlabot kvantu sakaru sistēmas, piemēram, kvantu atslēgas sadalījumu (QKD). Pētnieki demonstrēja apakšnesēja multipleksa kvantu atslēgas sadalījuma (SCM-QKD) izmantošanu, multipleksējot mikroviļņu fotonu apakšnesēju uz kvantu atslēgas sadalījuma (QKD) sistēmas. Tas ļauj pārraidīt vairākas neatkarīgas kvantu atslēgas pa vienu gaismas viļņa garumu, tādējādi palielinot spektrālo efektivitāti.
2. attēlā parādīta divkāršā nesēja SCM-QKD sistēmas koncepcija un eksperimentālie rezultāti:

Lai gan kvantu mikroviļņu fotonikas tehnoloģija ir daudzsološa, joprojām pastāv dažas problēmas:
1. Ierobežotas reāllaika iespējas: Pašreizējai sistēmai ir nepieciešams daudz uzkrāšanas laika, lai rekonstruētu signālu.
2. Grūtības apstrādāt impulsu pārrāvumus/atsevišķus signālus: rekonstrukcijas statistiskais raksturs ierobežo tās piemērojamību neatkārtojošiem signāliem.
3. Pārveidošana par reālu mikroviļņu viļņu formu: Lai pārveidotu rekonstruēto histogrammu par izmantojamu viļņu formu, ir nepieciešamas papildu darbības.
4. Ierīces raksturlielumi: Nepieciešami turpmāki kvantu un mikroviļņu fotonisko ierīču uzvedības pētījumi kombinētās sistēmās.
5. Integrācija: Lielākā daļa mūsdienu sistēmu izmanto apjomīgus diskrētus komponentus.

Lai risinātu šīs problēmas un attīstītu šo jomu, rodas vairāki daudzsološi pētniecības virzieni:
1. Izstrādāt jaunas metodes signālu apstrādei reāllaikā un atsevišķu signālu noteikšanai.
2. Izpētīt jaunas lietojumprogrammas, kas izmanto augstu jutību, piemēram, šķidro mikrosfēru mērīšanu.
3. Īstenot integrētu fotonu un elektronu realizāciju, lai samazinātu to izmēru un sarežģītību.
4. Izpētiet pastiprinātu gaismas un matērijas mijiedarbību integrētās kvantu mikroviļņu fotoniskajās shēmās.
5. Apvienot kvantu mikroviļņu fotonu tehnoloģiju ar citām jaunajām kvantu tehnoloģijām.