Zbatimi i teknologjisë së fotonikës kuantike të mikrovalës

Zbatimi i kuantitteknologji fotonike me mikrovalë

Zbulimi i dobët i sinjalit
Një nga aplikimet më premtuese të teknologjisë së fotonikës kuantike të mikrovalëve është zbulimi i sinjaleve jashtëzakonisht të dobëta mikrovalë/RF. Duke përdorur zbulimin e një fotoni të vetëm, këto sisteme janë shumë më të ndjeshme se metodat tradicionale. Për shembull, studiuesit kanë demonstruar një sistem fotonik kuantik mikrovalor që mund të zbulojë sinjale deri në -112.8 dBm pa ndonjë përforcim elektronik. Kjo ndjeshmëri ultra e lartë e bën atë ideal për aplikacione të tilla si komunikimet në hapësirë ​​të thellë.

Fotonikë me mikrovalëpërpunimi i sinjalit
Fotonika kuantike e mikrovalëve zbaton gjithashtu funksione të përpunimit të sinjalit me gjerësi të lartë të brezit, si zhvendosja e fazës dhe filtrimi. Duke përdorur një element optik shpërndarës dhe duke rregulluar gjatësinë e valës së dritës, studiuesit demonstruan faktin se faza RF zhvendos deri në 8 GHz gjerësinë e brezit të filtrimit të RF deri në 8 GHz. E rëndësishmja, këto veçori arrihen të gjitha duke përdorur elektronikë 3 GHz, gjë që tregon se performanca tejkalon kufijtë tradicionalë të gjerësisë së brezit

Frekuenca jo lokale në hartën e kohës
Një aftësi interesante e sjellë nga ndërthurja kuantike është hartëzimi i frekuencës jo-lokale në kohë. Kjo teknikë mund të hartojë spektrin e një burimi me një foton të pompuar me valë të vazhdueshme në një domen kohor në një vend të largët. Sistemi përdor çifte fotonesh të ngatërruara në të cilat njëra rreze kalon përmes një filtri spektral dhe tjetra kalon përmes një elementi shpërndarës. Për shkak të varësisë nga frekuenca e fotoneve të ngatërruara, mënyra e filtrimit spektral është hartuar jo-lokalisht në domenin e kohës.
Figura 1 ilustron këtë koncept:

Kjo metodë mund të arrijë matje fleksibël spektrale pa manipuluar drejtpërdrejt burimin e matur të dritës.

Ndjeshmëri e ngjeshur
Kuantikeoptike me mikrovalëteknologjia ofron gjithashtu një metodë të re për ndjeshmërinë e ngjeshur të sinjaleve me brez të gjerë. Duke përdorur rastësinë e natyrshme në zbulimin kuantik, studiuesit kanë demonstruar një sistem ndijor të ngjeshur kuantik të aftë për të rikuperuarRF 10 GHzspektrat. Sistemi modulon sinjalin RF në gjendjen e polarizimit të fotonit koherent. Zbulimi me një foton më pas siguron një matricë natyrore të matjes rastësore për ndjeshmërinë e ngjeshur. Në këtë mënyrë, sinjali me brez të gjerë mund të rikthehet në shkallën e kampionimit të Yarnyquist.

Shpërndarja kuantike e çelësit
Përveç përmirësimit të aplikacioneve tradicionale fotonike të mikrovalës, teknologjia kuantike mund të përmirësojë gjithashtu sistemet e komunikimit kuantik si shpërndarja e çelësave kuantike (QKD). Studiuesit demonstruan shpërndarjen e çelësit kuantik të shumëfishtë të nënbartësit (SCM-QKD) duke multipleksuar nënbartësin e fotoneve të mikrovalës në një sistem të shpërndarjes së çelësit kuantik (QKD). Kjo lejon që shumë çelësa kuantikë të pavarur të transmetohen në një gjatësi vale të vetme drite, duke rritur kështu efikasitetin spektral.
Figura 2 tregon konceptin dhe rezultatet eksperimentale të sistemit SCM-QKD me transportues të dyfishtë:

Megjithëse teknologjia e fotonikës kuantike me mikrovalë është premtuese, ka ende disa sfida:
1. Aftësi e kufizuar në kohë reale: Sistemi aktual kërkon shumë kohë grumbullimi për të rindërtuar sinjalin.
2. Vështirësi në trajtimin e sinjaleve të shpërthimit/të vetme: Natyra statistikore e rindërtimit kufizon zbatueshmërinë e tij ndaj sinjaleve që nuk përsëriten.
3. Konvertimi në një formë valore reale të mikrovalës: Kërkohen hapa shtesë për të kthyer histogramin e rindërtuar në një formë vale të përdorshme.
4. Karakteristikat e pajisjes: Nevojitet studim i mëtejshëm i sjelljes së pajisjeve fotonike kuantike dhe mikrovalore në sistemet e kombinuara.
5. Integrimi: Shumica e sistemeve sot përdorin komponente të mëdha diskrete.

Për të adresuar këto sfida dhe për të avancuar fushën, po shfaqen një sërë drejtimesh kërkimore premtuese:
1. Zhvilloni metoda të reja për përpunimin e sinjalit në kohë reale dhe zbulimin e vetëm.
2. Eksploroni aplikacione të reja që përdorin ndjeshmëri të lartë, të tilla si matja e mikrosferës së lëngshme.
3. Të ndjekë realizimin e fotoneve dhe elektroneve të integruara për të reduktuar madhësinë dhe kompleksitetin.
4. Studioni ndërveprimin e zgjeruar dritë-materies në qarqet fotonike të integruara kuantike me mikrovalë.
5. Kombinoni teknologjinë kuantike të fotonit me mikrovalë me teknologji të tjera kuantike në zhvillim.