Примена на технологија за фотоника на квантна микробранова

Примена на квантнатамикробранова фотоника технологија

Откривање на слаб сигнал
Една од најперспективните апликации на технологијата за фотоника на квантната микробранова е откривањето на екстремно слаби микробранови/RF сигнали. Со користење на детекција на еден фотон, овие системи се многу почувствителни од традиционалните методи. На пример, истражувачите демонстрираа квантен микробранови фотонски систем кој може да детектира сигнали до -112,8 dBm без никакво електронско засилување. Оваа ултра висока чувствителност го прави идеален за апликации како што се комуникации во длабока вселена.

Микробранова фотоникаобработка на сигнали
Квантната микробранова фотоника исто така имплементира функции за обработка на сигнали со висок пропусен опсег, како што се поместување фаза и филтрирање. Со користење на дисперзивен оптички елемент и прилагодување на брановата должина на светлината, истражувачите го покажаа фактот дека RF фазата поместува до 8 GHz RF филтрирање на опсегот до 8 GHz. Поважно, сите овие карактеристики се постигнати со користење на електроника од 3 GHz, што покажува дека перформансите ги надминуваат традиционалните граници на пропусниот опсег

Нелокално мапирање на фреквенција до време
Една интересна способност предизвикана од квантното заплеткување е мапирањето на нелокалната фреквенција во времето. Оваа техника може да го мапира спектарот на извор со еден фотон пумпан со континуиран бран во временски домен на оддалечена локација. Системот користи заплеткани фотонски парови во кои едниот зрак поминува низ спектрален филтер, а другиот низ дисперзивен елемент. Поради зависноста од фреквенцијата на заплетканите фотони, режимот на спектрално филтрирање е мапиран нелокално во временскиот домен.
Слика 1 го илустрира овој концепт:

Овој метод може да постигне флексибилно спектрално мерење без директно манипулирање со измерениот извор на светлина.

Компресирано чувство
Квантнамикробранова оптикатехнологијата обезбедува и нов метод за компресирано сензорирање на широкопојасни сигнали. Користејќи ја случајноста својствена за квантната детекција, истражувачите демонстрираа квантен компримиран сензорен систем способен за обновување10 GHz RFспектри. Системот го модулира RF сигналот до состојбата на поларизација на кохерентниот фотон. Откривањето со еден фотон потоа обезбедува природна случајна мерна матрица за компресирано сензорирање. На овој начин, сигналот за широкопојасен интернет може да се врати со стапката на земање примероци Yarnyquist.

Дистрибуција на квантни клучеви
Покрај подобрувањето на традиционалните микробранови фотонски апликации, квантната технологија може да ги подобри и квантните комуникациски системи како што е дистрибуцијата на квантниот клуч (QKD). Истражувачите демонстрираа подносачка мултиплексна дистрибуција на квантен клуч (SCM-QKD) со мултиплексирање на микробрановите фотони подносач на систем за дистрибуција на квантен клуч (QKD). Ова овозможува повеќе независни квантни клучеви да се пренесат преку една бранова должина на светлина, со што се зголемува спектралната ефикасност.
Слика 2 го прикажува концептот и експерименталните резултати на системот SCM-QKD со двоен носач:

Иако технологијата за фотоника на квантната микробранова е ветувачка, сè уште има некои предизвици:
1. Ограничена способност во реално време: Тековниот систем бара многу време за акумулација за да го реконструира сигналот.
2. Тешкотии во справувањето со рафални/поединечни сигнали: Статистичката природа на реконструкцијата ја ограничува нејзината применливост на сигнали што не се повторуваат.
3. Претворете во вистинска микробранова форма на бранови: Потребни се дополнителни чекори за конвертирање на реконструираниот хистограм во употреблива бранова форма.
4. Карактеристики на уредот: Потребно е дополнително проучување на однесувањето на квантните и микробрановите фотонски уреди во комбинираните системи.
5. Интеграција: Повеќето системи денес користат обемни дискретни компоненти.

За да се одговори на овие предизвици и да се унапреди полето, се појавуваат голем број ветувачки насоки за истражување:
1. Развијте нови методи за обработка на сигнали во реално време и единечно откривање.
2. Истражувајте нови апликации кои користат висока чувствителност, како мерење на течна микросфера.
3. Да се ​​продолжи со реализација на интегрирани фотони и електрони за да се намали големината и сложеноста.
4. Проучете ја засилената интеракција светлина-материја во интегрираните квантни микробранови фотонски кола.
5. Комбинирајте ја технологијата на квантните микробранови фотони со други нови квантни технологии.