Zbatimi i teknologjisë fotonike me mikrovalë kuantike

Zbatimi i kuantumitteknologjia fotonike me mikrovalë

Zbulimi i sinjalit të dobët
Një nga zbatimet më premtuese të teknologjisë fotonike me mikrovalë kuantike 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 me mikrovalë kuantike që mund të zbulojë sinjale deri në -112.8 dBm pa asnjë amplifikim elektronik. Kjo ndjeshmëri ultra e lartë e bën atë ideal për zbatime të tilla si komunikimet në hapësirën e thellë.

Fotonika me mikrovalëpërpunimi i sinjalit
Fotonika kuantike me mikrovalë zbaton gjithashtu funksione të përpunimit të sinjalit me gjerësi të lartë bande, të tilla 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 zhvendoset deri në 8 GHz, duke filtruar gjerësi bande RF deri në 8 GHz. Është e rëndësishme të theksohet se të gjitha këto karakteristika arrihen duke përdorur elektronikë 3 GHz, gjë që tregon se performanca tejkalon kufijtë tradicionalë të gjerësisë së bandës.

Hartimi jo-lokal i frekuencës në kohë
Një aftësi interesante e sjellë nga ndërthurja kuantike është hartëzimi i frekuencës jo-lokale në kohë. Kjo teknikë mund të hartëzojë spektrin e një burimi me foton të vetëm të pompuar me valë të vazhdueshme në një domen kohor në një vendndodhje të largët. Sistemi përdor çifte fotonesh të ndërthurura në të cilat një rreze kalon nëpër një filtër spektral dhe tjetra kalon nëpër një element shpërndarës. Për shkak të varësisë nga frekuenca e fotoneve të ndërthurura, mënyra e filtrimit spektral hartëzohet jo-lokalisht në domenin kohor.
Figura 1 ilustron këtë koncept:

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

Ndjeshmëri e kompresuar
Kuantikmikrovalë optikeTeknologjia gjithashtu ofron një metodë të re për ndjeshmërinë e kompresuar të sinjaleve me brez të gjerë. Duke përdorur rastësinë e natyrshme në zbulimin kuantik, studiuesit kanë demonstruar një sistem ndjeshmërie të kompresuar kuantike të aftë për të rikuperuar10 GHz RFspektrat. Sistemi modulon sinjalin RF në gjendjen e polarizimit të fotonit koherent. Zbulimi i një fotoni të vetëm më pas siguron një matricë matjeje të rastësishme natyrore për ndjesinë e kompresuar. Në këtë mënyrë, sinjali me brez të gjerë mund të rikthehet në shkallën e marrjes së mostrave Yarnyquist.

Shpërndarja e çelësit kuantik
Përveç përmirësimit të aplikacioneve tradicionale fotonike me mikrovalë, teknologjia kuantike mund të përmirësojë edhe sistemet e komunikimit kuantik, siç është shpërndarja kuantike e çelësit (QKD). Studiuesit demonstruan shpërndarjen kuantike të çelësit multipleks të nënbartësit (SCM-QKD) duke multipleksuar nënbartësin e fotoneve të mikrovalës në një sistem shpërndarjeje kuantike të çelësit (QKD). Kjo lejon që çelësa të shumtë kuantikë të pavarur të transmetohen mbi një gjatësi vale të vetme drite, duke rritur kështu efikasitetin spektral.
Figura 2 tregon konceptin dhe rezultatet eksperimentale të sistemit SCM-QKD me dy bartës:

Edhe pse teknologjia fotonike kuantike me mikrovalë është premtuese, ka ende disa sfida:
1. Aftësi e kufizuar në kohë reale: Sistemi aktual kërkon shumë kohë akumulimi për të rindërtuar sinjalin.
2. Vështirësi në trajtimin e sinjaleve të shpërthimit/të vetme: Natyra statistikore e rindërtimit kufizon zbatueshmërinë e tij në sinjale që nuk përsëriten.
3. Konvertimi në një formë vale të vërtetë mikrovalësh: Nevojiten hapa shtesë për të konvertuar 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 komponentë të mëdhenj diskretë.

Për të adresuar këto sfida dhe për të avancuar fushën, po shfaqen një numër drejtimesh premtuese kërkimore:
1. Zhvilloni metoda të reja për përpunimin e sinjalit në kohë reale dhe zbulimin e vetëm.
2. Eksploroni aplikime të reja që përdorin ndjeshmëri të lartë, siç është matja e mikrosferave të lëngshme.
3. Ndiq realizimin e fotoneve dhe elektroneve të integruara për të zvogëluar madhësinë dhe kompleksitetin.
4. Studioni bashkëveprimin e përmirësuar dritë-materie në qarqet fotonike kuantike të integruara me mikrovalë.
5. Kombinoni teknologjinë kuantike të fotoneve me mikrovalë me teknologji të tjera kuantike në zhvillim.