Приложение на квантоватамикровълнова фотонна технология
Откриване на слаб сигнал
Едно от най-обещаващите приложения на квантовата микровълнова фотонна технология е откриването на изключително слаби микровълнови/RF сигнали. Чрез използване на детекция на единични фотони, тези системи са далеч по-чувствителни от традиционните методи. Например, изследователите са демонстрирали квантова микровълнова фотонна система, която може да открива сигнали с ниски нива до -112,8 dBm без никакво електронно усилване. Тази ултрависока чувствителност я прави идеална за приложения като комуникации в дълбокия космос.
Микровълнова фотоникаобработка на сигнали
Квантовата микровълнова фотоника също така реализира функции за обработка на сигнали с висока пропускателна способност, като фазово изместване и филтриране. Чрез използване на дисперсионен оптичен елемент и регулиране на дължината на вълната на светлината, изследователите демонстрираха факта, че радиочестотната фаза се измества до 8 GHz и радиочестотните ленти за филтриране до 8 GHz. Важно е, че всички тези характеристики са постигнати с помощта на 3 GHz електроника, което показва, че производителността надвишава традиционните ограничения на пропускателната способност.
Нелокално картографиране на честотата във времето
Една интересна възможност, породена от квантовото заплитане, е картографирането на нелокалната честота във времето. Тази техника може да картографира спектъра на еднофотонен източник, напомпван с непрекъсната вълна, във времева област на отдалечено място. Системата използва заплетени фотонни двойки, в 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 измервания източник на светлина.
Компресирано засичане
Квантовмикровълнова оптичнаТехнологията предоставя и нов метод за компресирано отчитане на широколентови сигнали. Използвайки случайността, присъща на квантовото откриване, изследователите демонстрираха квантова компресирана сензорна система, способна да възстановява10 GHz радиочестотаспектри. Системата модулира радиочестотния сигнал до състоянието на поляризация на кохерентния фотон. Детекцията на единични фотони след това осигурява естествена матрица на произволно измерване за компресирано отчитане. По този начин широколентовият сигнал може да бъде възстановен с честотата на дискретизация на Ярниквист.
Квантово разпределение на ключове
В допълнение към подобряването на традиционните приложения на микровълновата фотоника, квантовата технология може също да подобри квантовите комуникационни системи, като например квантово разпределение на ключове (QKD). Изследователите демонстрираха квантово разпределение на ключове с множество подносещи (SCM-QKD) чрез мултиплексиране на микровълнови фотони с подносеща честота върху система за квантово разпределение на ключове (QKD). Това позволява предаването на множество независими квантови ключове по една дължина на вълната на светлината, като по този начин се увеличава спектралната ефективност.
Фигура 2 показва концепцията и експерименталните резултати на двуносителната SCM-QKD система:
Въпреки че технологията на квантовата микровълнова фотоника е обещаваща, все още има някои предизвикателства:
1. Ограничени възможности в реално време: Настоящата система изисква много време за натрупване, за да реконструира сигнала.
2. Трудност при работа с единични/пакетни сигнали: Статистическият характер на реконструкцията ограничава нейната приложимост до неповтарящи се сигнали.
3. Преобразуване в реална микровълнова форма на вълната: Необходими са допълнителни стъпки за преобразуване на реконструираната хистограма в използваема форма на вълната.
4. Характеристики на устройството: Необходими са по-нататъшни изследвания на поведението на квантовите и микровълновите фотонни устройства в комбинирани системи.
5. Интеграция: Повечето системи днес използват обемисти дискретни компоненти.
За да се справят с тези предизвикателства и да се постигне напредък в областта, се очертават редица обещаващи изследователски направления:
1. Разработване на нови методи за обработка на сигнали в реално време и единично откриване.
2. Проучете нови приложения, които използват висока чувствителност, като например измерване с течни микросфери.
3. Стремете се към реализацията на интегрирани фотони и електрони, за да намалите размера и сложността.
4. Изследвайте засиленото взаимодействие светлина-материя в интегрирани квантови микровълнови фотонни схеми.
5. Комбинирайте квантовата микровълнова фотонна технология с други нововъзникващи квантови технологии.
Време на публикуване: 02 септември 2024 г.