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 parādījuši kvantu mikroviļņu fotonisko sistēmu, kas var noteikt tik zemu signālus kā -112,8 dBm bez jebkādas elektroniskas pastiprināšanas. Šī īpaši augsta jutība padara to ideālu tādām lietojumprogrammām kā Deep Space Communications.

Mikroviļņu fotonikasignālu apstrāde
Kvantu mikroviļņu fotonika ievieš arī liela joslas platuma signāla apstrādes funkcijas, piemēram, fāzu maiņu un filtrēšanu. Izmantojot izkliedējošu optisko elementu un pielāgojot gaismas viļņa garumu, pētnieki parādīja faktu, ka RF fāze mainās līdz 8 GHz RF filtrēšanas joslas platumu līdz 8 GHz. Svarīgi ir tas, ka šīs funkcijas tiek sasniegtas, izmantojot 3 GHz elektroniku, kas parāda, ka veiktspēja pārsniedz tradicionālās joslas platuma robežas

Laika kartēšanas frekvence, kas nav lokāla
Viena no interesantām spējām, ko rada kvantu sapīšana, ir laika frekvences kartēšana. Šis paņēmiens var kartēt nepārtraukta viļņa sūknētā viena fotona avota spektru uz laika domēnu attālā vietā. Sistēma izmanto sapinušos fotonu pārus, kuros viens stars iet caur spektrālo filtru, bet otrs iziet cauri izkliedējošam elementam. Sakarā ar sapinušo fotonu frekvences atkarību, spektrālās filtrēšanas režīms tiek kartēts, kas nav lokāli līdz laika domēnam.
1. attēlā parādīts šis jēdziens:

Šī metode var sasniegt elastīgu spektrālo mērījumu, tieši netiekiet manipulējot ar izmērīto gaismas avotu.

Saspiesta sensācija
Kvantsmikroviļņu optiskaisTehnoloģija nodrošina arī jaunu metodi platjoslas signālu saspiestai sensēšanai. Izmantojot kvantu noteikšanai raksturīgo nejaušību, pētnieki ir parādījuši kvantu saspiestu sensoru sistēmu, kas spēj atgūt10 GHz RFspektri. Sistēma modulē RF signālu koherentā fotona polarizācijas stāvoklī. Pēc tam viena fotona noteikšana nodrošina dabisku nejaušu mērīšanas matricu saspiestai sensoram. Tādā veidā platjoslas signālu var atjaunot Yarnyquist paraugu ņemšanas ātrumā.

Kvantu atslēgas sadalījums
Papildus tradicionālo mikroviļņu fotonisko lietojumprogrammu uzlabošanai kvantu tehnoloģija var arī uzlabot kvantu sakaru sistēmas, piemēram, kvantu atslēgas sadalījumu (QKD). Pētnieki demonstrēja subkarjeru multipleksa kvantu atslēgu sadalījumu (SCM-QKD), multipleksējot mikroviļņu fotonu subkeķieri uz kvantu atslēgu sadalījuma (QKD) sistēmu. Tas ļauj pārraidīt vairākas neatkarīgas kvantu atslēgas vienā gaismas viļņa garumā, tādējādi palielinot spektrālo efektivitāti.
2. attēlā parādīti dubultā pārvadātāja SCM-QKD sistēmas koncepcija un eksperimentālie rezultāti:

Lai arī kvantu mikroviļņu fotonikas tehnoloģija ir daudzsološa, joprojām pastāv daži izaicinājumi:
1. Ierobežota reālā laika spēja: Signāla rekonstruēšanai pašreizējai sistēmai ir nepieciešams daudz uzkrāšanās laika.
2. Grūtības, kas saistītas ar pārrāvumu/atsevišķiem signāliem: rekonstrukcijas statistiskais raksturs ierobežo tā piemērojamību neatkārtojošiem signāliem.
3. Pārvērst par reālu mikroviļņu viļņu formu: ir nepieciešami papildu darbības, lai pārveidotās histogrammas pārveidošana par izmantojamu viļņu formu.
4. Ierīces raksturlielumi: Nepieciešams turpmāks kvantu un mikroviļņu fotonisko ierīču izturēšanās izpēte kombinētās sistēmās.
5. Integrācija: lielākajā daļā sistēmu šodien tiek izmantoti lielgabarīta diskrētas komponenti.

Lai risinātu šos izaicinājumus un attīstītu jomu, parādās vairāki daudzsološi pētījumu virzieni:
1. Izstrādājiet jaunas metodes reālā laika signālu apstrādei un atsevišķai noteikšanai.
2. Izpētiet jaunus lietojumus, kas izmanto augstu jutīgumu, piemēram, šķidrā mikrosfēras mērīšana.
3. Izpildiet integrētu fotonu un elektronu realizāciju, lai samazinātu lielumu un sarežģītību.
4. Pētiet pastiprinātu gaismas matērijas mijiedarbību integrētās kvantu mikroviļņu fotoniskajās shēmās.
5. Apvienojiet kvantu mikroviļņu fotonu tehnoloģiju ar citām topošajām kvantu tehnoloģijām.