Aplicació de la tecnologia de fotònics de microones quàntiques

Aplicació del quànticTecnologia de la fotònica de microones

Detecció feble del senyal
Una de les aplicacions més prometedores de la tecnologia de fotònics de microones quàntiques és la detecció de senyals de microones/RF extremadament febles. Utilitzant 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 ultra alta la fa ideal per a aplicacions com les comunicacions d’espai profund.

Photonics de microonesProcessament de senyal
La fotònica de microones quàntiques també implementa funcions de processament de senyal d’amplada d’alta banda com ara el canvi i el filtratge de fase. Utilitzant un element òptic dispersiu i ajustant la longitud d’ona de la llum, els investigadors van demostrar el fet que la fase de RF canvia fins a 8 GHz de filtratge de banda de banda de fins a 8 GHz. És important destacar que aquestes característiques s’aconsegueixen mitjançant l’electrònica de 3 GHz, cosa que demostra que el rendiment supera els límits tradicionals d’amplada de banda

Freqüència no local per a la mapeig del temps
Una de les interessants capacitats provocades per l’enredament quàntic és el mapeig de la freqüència no local del temps. Aquesta tècnica pot assenyalar l’espectre d’una font d’un fotó monoplaça amb una onada contínua a un domini de temps en un lloc remot. El sistema utilitza parells de fotons enredats en els quals un feix passa a través d’un filtre espectral i l’altre passa per un element dispersiu. A causa de la dependència de la freqüència dels fotons enredats, el mode de filtratge espectral es mapeja de manera no local al domini de temps.
La figura 1 il·lustra aquest concepte:

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

Sensació comprimida
Quànticòptic de microonesLa tecnologia també proporciona un nou mètode per a la detecció comprimida de senyals de banda ampla. Utilitzant l'atzar inherent a la detecció quàntica, els investigadors han demostrat un sistema de detecció comprimida quàntica capaç de recuperar -se10 GHz RFEspectres. El sistema modula el senyal de RF a l’estat de polarització del fotó coherent. La detecció d'un sol fotó proporciona una matriu de mesurament 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 sistemes de comunicació quàntics com ara la distribució quàntica de claus (QKD). Els investigadors van demostrar la distribució de claus quàntiques múltiples (SCM-QKD) de subportació (SCM-QKD) mitjançant la multiplexa subportadora de fotons de microones en un sistema de distribució de claus quàntiques (QKD). Això permet que es transmetin múltiples tecles quàntiques independents a 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 de fotònics de microones quàntiques és prometedora, encara hi ha alguns reptes:
1. Capacitat en temps real limitada: el sistema actual requereix molt temps d’acumulació per reconstruir el senyal.
2. Dificultat per tractar els senyals de ràfega/únic: La naturalesa estadística de la reconstrucció limita la seva aplicabilitat a senyals no repetents.
3. Converteix a una forma d’ona de microones real: es necessiten passos addicionals per convertir l’histograma reconstruït en una forma d’ona útil.
4. Característiques del dispositiu: es necessita un estudi més gran del comportament dels dispositius fotònics quàntics i de microones en sistemes combinats.
5. Integració: la majoria dels sistemes avui utilitzen components discrets voluminosos.

Per solucionar aquests reptes i avançar en el camp, hi ha diverses direccions de recerca prometedores:
1. Desenvolupar nous mètodes per al processament de senyal en temps real i la detecció única.
2. Exploreu noves aplicacions que utilitzin una alta sensibilitat, com ara la mesura de la microsfera líquida.
3. Seguiu la realització de fotons i electrons integrats per reduir la mida i la complexitat.
4. Estudieu la interacció millorada de la llum de llum en circuits fotònics integrats de microones.
5. Combina la tecnologia de fotons de microones quàntiques amb altres tecnologies quàntiques emergents.