Kvantmikrolaine fotoonika tehnoloogia rakendamine

Kvantmeetodi rakendaminemikrolaine-fotoonika tehnoloogia

Nõrga signaali tuvastamine
Üks kvantmikrolaine-fotoonika tehnoloogia kõige lootustandvamaid rakendusi on äärmiselt nõrkade mikrolaine-/RF-signaalide tuvastamine. Üksikute footonite tuvastamise abil on need süsteemid palju tundlikumad kui traditsioonilised meetodid. Näiteks on teadlased demonstreerinud kvantmikrolaine-fotoonika süsteemi, mis suudab tuvastada signaale kuni -112,8 dBm ilma igasuguse elektroonilise võimenduseta. See ülikõrge tundlikkus muudab selle ideaalseks selliste rakenduste jaoks nagu süvakosmoseside.

Mikrolaine-fotoonikasignaalitöötlus
Kvantmikrolainefotoonika rakendab ka suure ribalaiusega signaalitöötlusfunktsioone, näiteks faasinihet ja filtreerimist. Dispersiivse optilise elemendi abil ja valguse lainepikkuse reguleerimisega näitasid teadlased, et raadiosageduslik faas nihkub kuni 8 GHz-ni, raadiosageduslik filtreerimisribalaius ulatub kuni 8 GHz-ni. Oluline on see, et kõik need omadused saavutatakse 3 GHz elektroonika abil, mis näitab, et jõudlus ületab traditsioonilisi ribalaiuse piiranguid.

Mittelokaalne sageduse ja aja kaardistamine
Üks huvitav kvantpõimumise abil saavutatav võime on mittelokaalse sageduse kaardistamine aja suhtes. See tehnika suudab kaardistada pidevlaine pumbatava üksikfootoniallika spektri kauges asukohas asuvasse ajadomeeni. Süsteem kasutab põimunud footonipaare, kus üks kiir läbib spektraalfiltri ja teine ​​dispersiivse elemendi. Põimunud footonite sagedussõltuvuse tõttu kaardistatakse spektraalne filtreerimisrežiim mittelokaalselt ajadomeeni.
Joonis 1 illustreerib seda kontseptsiooni:

See meetod võimaldab saavutada paindliku spektraalmõõtmise ilma mõõdetud valgusallikat otseselt manipuleerimata.

Kokkusurutud andur
Kvantmikrolaine optilinetehnoloogia pakub ka uut meetodit lairiba signaalide tihendatud tuvastamiseks. Kasutades kvantdetektorile omast juhuslikkust, on teadlased demonstreerinud kvanttihedalt kokkusurutud tuvastamise süsteemi, mis on võimeline taastama10 GHz raadiosagedusspektrid. Süsteem moduleerib raadiosagedussignaali koherentse footoni polarisatsiooniolekusse. Üksikfootoni tuvastamine annab seejärel loomuliku juhusliku mõõtmismaatriksi tihendatud tuvastamiseks. Sel viisil saab lairiba signaali taastada Yarnyquisti diskreetimissagedusega.

Kvantvõtmete jaotus
Lisaks traditsiooniliste mikrolaine-footonrakenduste täiustamisele saab kvanttehnoloogia parandada ka kvantkommunikatsioonisüsteeme, näiteks kvantvõtmejaotust (QKD). Teadlased demonstreerisid alamkandjate multipleksset kvantvõtmejaotust (SCM-QKD), multipleksides mikrolaine-footonite alamkandja kvantvõtmejaotuse (QKD) süsteemile. See võimaldab edastada mitut sõltumatut kvantvõtit ühe valguse lainepikkuse ulatuses, suurendades seeläbi spektraalset efektiivsust.
Joonis 2 näitab kahe kandjaga SCM-QKD süsteemi kontseptsiooni ja eksperimentaalseid tulemusi:

Kuigi kvantmikrolaine-fotoonika tehnoloogia on paljutõotav, on siiski mõned väljakutsed:
1. Piiratud reaalajas võimekus: praegune süsteem nõuab signaali taastamiseks palju akumuleerimisaega.
2. Raskused pursete/üksiksignaalidega toimetulekul: rekonstruktsiooni statistiline olemus piirab selle rakendatavust mittekorduvate signaalide puhul.
3. Teisendamine reaalseks mikrolaine lainekujuks: Rekonstrueeritud histogrammi teisendamiseks kasutatavaks lainekujuks on vaja täiendavaid samme.
4. Seadme omadused: Kvant- ja mikrolaine-fotooniliste seadmete käitumise kohta kombineeritud süsteemides on vaja täiendavaid uuringuid.
5. Integreerimine: Enamik tänapäevaseid süsteeme kasutab mahukaid diskreetkomponente.

Nende väljakutsetega tegelemiseks ja valdkonna edendamiseks on tekkimas mitmeid paljulubavaid uurimissuundi:
1. Arendada uusi meetodeid reaalajas signaalitöötluseks ja üksikdetektoriteks.
2. Uurige uusi rakendusi, mis kasutavad ära suurt tundlikkust, näiteks vedelate mikrosfääride mõõtmist.
3. Integreeritud footonite ja elektronide realiseerimise poole püüdlemine, et vähendada nende suurust ja keerukust.
4. Uurige täiustatud valguse ja aine vastastikmõju integreeritud kvantmikrolaine footonahelates.
5. Kombineerida kvantmikrolaine-footontehnoloogiat teiste tekkivate kvanttehnoloogiatega.