Приложение на технологията на квантовата микровълнова фотоника

Приложение на квантмикровълнова фотонна технология

Откриване на слаб сигнал
Едно от най-обещаващите приложения на технологията за квантова микровълнова фотоника е откриването на изключително слаби микровълнови/RF сигнали. Използвайки откриване на един фотон, тези системи са много по-чувствителни от традиционните методи. Например, изследователите са демонстрирали квантова микровълнова фотонна система, която може да открие сигнали до -112,8 dBm без никакво електронно усилване. Тази свръхвисока чувствителност го прави идеален за приложения като комуникации в дълбокия космос.

Микровълнова фотоникаобработка на сигнала
Квантовата микровълнова фотоника също така прилага функции за обработка на сигнала с висока честотна лента, като фазово изместване и филтриране. Чрез използване на дисперсивен оптичен елемент и регулиране на дължината на вълната на светлината, изследователите демонстрираха факта, че RF фазата се измества до 8 GHz RF филтриращи честотни ленти до 8 GHz. Важно е, че всички тези характеристики са постигнати с помощта на 3 GHz електроника, което показва, че производителността надхвърля традиционните ограничения на честотната лента

Нелокално съпоставяне на честота към време
Една интересна способност, породена от квантовото заплитане, е картографирането на нелокалната честота към времето. Тази техника може да картографира спектъра на единичен фотонен източник, изпомпван с непрекъсната вълна, към времева област на отдалечено място. Системата използва заплетени фотонни двойки, при които единият лъч преминава през спектрален филтър, а другият преминава през дисперсионен елемент. Поради честотната зависимост на заплетените фотони, режимът на спектрално филтриране се картографира нелокално във времевата област.
Фигура 1 илюстрира тази концепция:

Този метод може да постигне гъвкаво спектрално измерване без директно манипулиране на измерения източник на светлина.

Компресиран сензор
Квантовмикровълнова оптичнатехнологията предоставя и нов метод за компресирано отчитане на широколентови сигнали. Използвайки произволността, присъща на квантовото откриване, изследователите демонстрираха квантово компресирана сензорна система, способна да възстановява10 GHz RFспектри. Системата модулира RF сигнала до поляризационното състояние на кохерентния фотон. След това откриването на един фотон осигурява естествена произволна матрица за измерване за компресирано отчитане. По този начин широколентовият сигнал може да бъде възстановен при честотата на дискретизация на Yarnyquist.

Квантово разпределение на ключовете
В допълнение към подобряването на традиционните микровълнови фотонни приложения, квантовата технология може също да подобри квантовите комуникационни системи като квантово разпределение на ключове (QKD). Изследователите демонстрираха мултиплексно квантово разпределение на ключове на подносители (SCM-QKD) чрез мултиплексиране на микровълнови фотони подносещи в система за квантово разпределение на ключове (QKD). Това позволява множество независими квантови ключове да бъдат предавани върху една дължина на вълната на светлината, като по този начин се повишава спектралната ефективност.
Фигура 2 показва концепцията и експерименталните резултати на системата SCM-QKD с двоен носител:

Въпреки че технологията на квантовата микровълнова фотоника е обещаваща, все още има някои предизвикателства:
1. Ограничена способност в реално време: Текущата система изисква много време за натрупване, за да реконструира сигнала.
2. Трудност при работа с пакетни/единични сигнали: Статистическият характер на реконструкцията ограничава нейната приложимост към неповтарящи се сигнали.
3. Преобразувайте в реална микровълнова вълнова форма: Необходими са допълнителни стъпки за преобразуване на реконструираната хистограма в използваема вълнова форма.
4. Характеристики на устройството: Необходимо е допълнително проучване на поведението на квантовите и микровълновите фотонни устройства в комбинирани системи.
5. Интеграция: Повечето системи днес използват обемисти отделни компоненти.

За справяне с тези предизвикателства и развитие на областта се появяват редица обещаващи изследователски направления:
1. Разработване на нови методи за обработка на сигнали в реално време и единично откриване.
2. Разгледайте нови приложения, които използват висока чувствителност, като измерване на течни микросфери.
3. Преследвайте реализацията на интегрирани фотони и електрони, за да намалите размера и сложността.
4. Изследване на подобреното взаимодействие светлина-материя в интегрирани квантови микровълнови фотонни вериги.
5. Комбинирайте квантовата микровълнова фотонна технология с други нововъзникващи квантови технологии.