Aplicació de la tecnologia de fotònica quàntica de microones

Aplicació del quàntictecnologia fotònica de microones

Detecció de senyal feble
Una de les aplicacions més prometedores de la tecnologia de fotònica quàntica de microones 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 quàntic de microones que pot detectar senyals tan baixes com -112,8 dBm sense cap amplificació electrònica. Aquesta sensibilitat ultra alta el fa ideal per a aplicacions com les comunicacions d'espai profund.

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

Mapatge de freqüència a temps no local
Una capacitat interessant provocada per l'entrellat quàntic és el mapeig de la freqüència no local al temps. Aquesta tècnica pot mapejar l'espectre d'una font d'un sol fotó bombat d'ona contínua a un domini temporal en una ubicació remota. El sistema utilitza parells de fotons entrellaçats en què un feix passa per un filtre espectral i l'altre passa per un element dispersiu. A causa de la dependència de la freqüència dels fotons entrellaçats, el mode de filtratge espectral es mapeja de manera no local al domini del temps.
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 quàntica comprimida capaç de recuperar-se.RF de 10 GHzespectres. El sistema modula el senyal de RF a l'estat de polarització del fotó coherent. Aleshores, 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 freqüència 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 clau quàntica múltiple de subportadora (SCM-QKD) multiplexant el subportador de fotons de microones en un sistema de distribució de clau quàntica (QKD). Això permet que es transmetin múltiples claus quàntiques independents en 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 fotònica quàntica de microones 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 amb ràfega/senyals únics: la naturalesa estadística de la reconstrucció limita la seva aplicabilitat a senyals que no es repeteixen.
3. Converteix 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: es necessita un estudi addicional del comportament dels dispositius fotònics quàntics i de microones en sistemes combinats.
5. Integració: la majoria dels sistemes actuals utilitzen components discrets voluminosos.

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