استفاده از فناوری فوتونیک مایکروویو کوانتومی

استفاده از کوانتومفناوری فوتونیک مایکروویو

تشخیص ضعیف سیگنال
یکی از امیدوار کننده ترین کاربردهای فناوری فوتونیک مایکروویو کوانتومی ، تشخیص سیگنال های بسیار ضعیف مایکروویو/RF است. با استفاده از تشخیص تک فوتون ، این سیستم ها به مراتب حساس تر از روشهای سنتی هستند. به عنوان مثال ، محققان یک سیستم فوتونیک مایکروویو کوانتومی را نشان داده اند که می تواند سیگنال ها را به اندازه کم -112.8 dBm و بدون تقویت الکترونیکی تشخیص دهد. این حساسیت فوق العاده بالا ، آن را برای برنامه هایی مانند ارتباطات فضایی عمیق ایده آل می کند.

فوتونیک مایکروویوپردازش سیگنال
فوتونیک مایکروویو کوانتومی همچنین توابع پردازش سیگنال باند بالا مانند تغییر فاز و فیلتر را پیاده سازی می کند. محققان با استفاده از یک عنصر نوری پراکنده و تنظیم طول موج نور ، این واقعیت را نشان دادند که فاز RF تا 8 گیگاهرتز پهنای باند فیلتر RF را تا 8 گیگاهرتز تغییر می دهد. مهمتر از همه ، این ویژگی ها با استفاده از الکترونیک 3 گیگاهرتز حاصل می شوند ، که نشان می دهد عملکرد از محدوده پهنای باند سنتی فراتر می رود

فرکانس غیر محلی به نقشه برداری زمان
یکی از قابلیت های جالب که توسط درگیری کوانتومی ایجاد می شود ، نقشه برداری فرکانس غیر محلی به زمان است. این تکنیک می تواند طیف یک منبع تک فوتون پمپ شده موج مداوم را به یک دامنه زمانی در یک مکان از راه دور ترسیم کند. این سیستم از جفت فوتون درگیر استفاده می کند که در آن یک پرتو از یک فیلتر طیفی عبور می کند و دیگری از یک عنصر پراکنده عبور می کند. با توجه به وابستگی فرکانس فوتونهای درگیر ، حالت فیلتر طیفی به طور غیرجنسی به دامنه زمان نقشه برداری می شود.
شکل 1 این مفهوم را نشان می دهد:

این روش می تواند به اندازه گیری طیفی انعطاف پذیر بدون دستکاری مستقیم منبع نور اندازه گیری شده دست یابد.

سنجش فشرده
مقدارنوری مایکروویوفناوری همچنین روش جدیدی را برای سنجش فشرده سیگنال های باند پهن فراهم می کند. محققان با استفاده از تصادفی ذاتی در تشخیص کوانتومی ، یک سیستم سنجش فشرده شده کوانتومی را قادر به بازیابی نشان داده اند10 گیگاهرتز RFطیف این سیستم سیگنال RF را به حالت قطبش فوتون منسجم تعدیل می کند. سپس تشخیص تک فوتون یک ماتریس اندازه گیری تصادفی طبیعی برای سنجش فشرده فراهم می کند. به این ترتیب ، سیگنال پهنای باند را می توان با نرخ نمونه گیری Yarnyquist بازگرداند.

توزیع کلید کوانتومی
علاوه بر افزایش برنامه های فوتونی مایکروویو ، فناوری کوانتومی همچنین می تواند سیستم های ارتباطی کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی (QKD) را بهبود بخشد. محققان توزیع كليد كاينتوم مولتیپلكس (SCM-qKD) را با استفاده از مولتیكليك شدن زیرمجموعه فتونهاي مایکروویو بر روی سیستم توزیع كيه كوانتوم (QKD) نشان دادند. این اجازه می دهد تا چندین کلیدهای کوانتومی مستقل از طریق طول موج واحد از نور منتقل شوند و در نتیجه باعث افزایش راندمان طیفی شوند.
شکل 2 مفهوم و نتایج تجربی سیستم SCM-QKD دو حامل را نشان می دهد:

اگرچه فناوری فوتونیک مایکروویو کوانتومی امیدوار کننده است ، اما هنوز هم برخی از چالش ها وجود دارد:
1. قابلیت محدود در زمان واقعی: سیستم فعلی برای بازسازی سیگنال به زمان انباشت زیادی نیاز دارد.
2. مشکل در برخورد با سیگنال های پشت سر هم/تک: ماهیت آماری بازسازی ، کاربرد آن را در سیگنال های غیر تکرار محدود می کند.
3. تبدیل به یک شکل موج مایکروویو واقعی: برای تبدیل هیستوگرام بازسازی شده به یک شکل موج قابل استفاده ، مراحل اضافی لازم است.
4. ویژگی های دستگاه: مطالعه بیشتر رفتار دستگاه های فوتونیک کوانتومی و مایکروویو در سیستم های ترکیبی مورد نیاز است.
5. ادغام: اکثر سیستم ها امروزه از مؤلفه های گسسته حجیم استفاده می کنند.

برای پرداختن به این چالش ها و پیشبرد این زمینه ، تعدادی از مسیرهای تحقیق امیدوارکننده در حال ظهور هستند:
1. روش های جدیدی را برای پردازش سیگنال در زمان واقعی و تشخیص تک ایجاد کنید.
2. برنامه های جدیدی را که از حساسیت بالا استفاده می کنند ، مانند اندازه گیری میکروسفر مایع ، کاوش کنید.
3. تحقق فوتون ها و الکترون های یکپارچه را برای کاهش اندازه و پیچیدگی دنبال کنید.
4. تعامل تقویت شده با ماده نور را در مدارهای فوتونی مایکروویو کوانتومی یکپارچه مطالعه کنید.
5. فناوری فوتون مایکروویو کوانتومی را با سایر فن آوری های کوانتومی در حال ظهور ترکیب کنید.