Aplicació de la tecnologia de fotònica quàntica de microones

Aplicació de la quànticatecnologia fotònica de microones

Detecció de senyal feble
Una de les aplicacions més prometedores de la tecnologia fotònica de microones quàntiques és la detecció de senyals de microones/RF extremadament febles. Mitjançant la detecció d'un sol fotó, aquests sistemes són molt més sensibles que els mètodes tradicionals. Per exemple, els investigadors han demostrat un sistema fotònic de microones quàntiques que pot detectar senyals tan baixos com -112,8 dBm sense cap amplificació electrònica. Aquesta sensibilitat ultraalta el fa ideal per a aplicacions com ara les comunicacions a l'espai profund.

fotònica de microonesprocessament de senyals
La fotònica quàntica de microones també implementa funcions de processament de senyals d'ample de banda elevat, com ara el canvi de fase i el filtratge. Mitjançant l'ús d'un element òptic dispersiu i l'ajust de la longitud d'ona de la llum, els investigadors van demostrar el fet que la fase de RF canvia de fins a 8 GHz filtrant amplades de banda de RF de fins a 8 GHz. És important destacar que totes aquestes característiques s'aconsegueixen mitjançant electrònica de 3 GHz, cosa que demostra que el rendiment supera els límits d'ample de banda tradicionals.

Mapatge de freqüència no local a temps
Una capacitat interessant que ofereix l'entrellaçament quàntic és el mapatge de la freqüència no local al temps. Aquesta tècnica pot mapejar l'espectre d'una font de fotó únic bombada d'ona contínua a un domini temporal en una ubicació remota. El sistema utilitza parells de fotons entrellaçats en què un feix passa a través d'un filtre espectral i l'altre passa a través d'un element dispersiu. A causa de la dependència de la freqüència dels fotons entrellaçats, el mode de filtratge espectral es mapeja no localment al domini temporal.
La figura 1 il·lustra aquest concepte:

Aquest mètode pot aconseguir una mesura espectral flexible sense manipular directament la font de llum mesurada.

Detecció comprimida
Quànticòptica de microonesLa tecnologia també proporciona un nou mètode per a la detecció comprimida de senyals de banda ampla. Utilitzant l'aleatorietat inherent a la detecció quàntica, els investigadors han demostrat un sistema de detecció comprimida quàntica capaç de recuperarRF de 10 GHzespectres. El sistema modula el senyal de radiofreqüència (RF) a l'estat de polarització del fotó coherent. La detecció d'un sol fotó proporciona una matriu de mesura aleatòria natural per a la detecció comprimida. D'aquesta manera, el senyal de banda ampla es pot restaurar a la velocitat de mostreig de Yarnyquist.

Distribució de claus quàntiques
A més de millorar les aplicacions fotòniques de microones tradicionals, la tecnologia quàntica també pot millorar els sistemes de comunicació quàntica com la distribució de claus quàntiques (QKD). Els investigadors van demostrar la distribució de claus quàntiques multiplexades de subportadores (SCM-QKD) mitjançant la multiplexació de subportadores de fotons de microones en un sistema de distribució de claus quàntiques (QKD). Això permet transmetre múltiples claus quàntiques independents sobre una sola longitud d'ona de llum, augmentant així l'eficiència espectral.
La figura 2 mostra el concepte i els resultats experimentals del sistema SCM-QKD de doble portador:

Tot i que la tecnologia fotònica de microones quàntiques és prometedora, encara hi ha alguns reptes:
1. Capacitat limitada en temps real: el sistema actual requereix molt de temps d'acumulació per reconstruir el senyal.
2. Dificultat per tractar senyals en ràfegues/senyals individuals: La naturalesa estadística de la reconstrucció limita la seva aplicabilitat a senyals no repetitius.
3. Conversió a una forma d'ona de microones real: Calen passos addicionals per convertir l'histograma reconstruït en una forma d'ona utilitzable.
4. Característiques del dispositiu: Cal estudiar més a fons el comportament dels dispositius fotònics quàntics i de microones en sistemes combinats.
5. Integració: La majoria de sistemes actuals utilitzen components discrets voluminosos.

Per abordar aquests reptes i fer avançar el camp, estan sorgint diverses línies de recerca prometedores:
1. Desenvolupar nous mètodes per al processament de senyals en temps real i la detecció única.
2. Explorar noves aplicacions que utilitzen una alta sensibilitat, com ara la mesura de microesferes líquides.
3. Procurar la realització de fotons i electrons integrats per reduir la mida i la complexitat.
4. Estudiar la interacció llum-matèria millorada en circuits fotònics de microones quàntiques integrats.
5. Combinar la tecnologia de fotons de microones quàntiques amb altres tecnologies quàntiques emergents.