Kvantimikroaaltouunifotoniikkateknologian soveltaminen

Kvantin käyttömikroaaltouunifotoniikkatekniikka

Heikko signaalin havaitseminen
Yksi lupaavimmista kvanttimikroaaltofotoniikkatekniikan sovelluksista on erittäin heikojen mikroaalto-/RF -signaalien havaitseminen. Hyödyntämällä yhden fotonin havaitsemista nämä järjestelmät ovat paljon herkempiä kuin perinteiset menetelmät. Esimerkiksi tutkijat ovat osoittaneet kvanttimikroaaltouuni fotonijärjestelmän, joka pystyy havaitsemaan niin alhaiset kuin -112,8 dBm ilman elektronista monistumista. Tämä erittäin korkea herkkyys tekee siitä ihanteellisen sovelluksiin, kuten syvän avaruusviestintä.

Mikroaaltouunisignaalinkäsittely
Kvanttimikroaaltofotoniikka toteuttaa myös korkean kaistanleveyden signaalinkäsittelytoiminnot, kuten vaihesiirto ja suodatus. Käyttämällä dispergoivaa optista elementtiä ja säätämällä valon aallonpituutta, tutkijat osoittivat tosiasian, että RF -vaihe siirtyy jopa 8 GHz: n RF -suodatuskaistanleveyteen, joka on jopa 8 GHz. Tärkeää on, että nämä ominaisuudet saavutetaan käyttämällä 3 GHz: n elektroniikkaa, mikä osoittaa, että suorituskyky ylittää perinteiset kaistanleveysrajat

Ei-paikallinen taajuus aikavälin kartoitus
Yksi mielenkiintoinen kyky, jonka kvanttitapaus on saatu aikaan, on toisinaan ei-paikallisen taajuuden kartoitus. Tämä tekniikka voi kartoittaa jatkuvan aallon pumppatun yksivaiheisen lähteen spektrin aika-alueelle etäpaikassa. Järjestelmä käyttää takertuneita fotonpareja, joissa toinen säde kulkee spektrisuodattimen läpi ja toinen kulkee dispergoivan elementin läpi. Tajostettujen fotonien taajuusriippuvuuden vuoksi spektrisuodatustila kartoitetaan ei-paikallisesti aika-alueelle.
Kuvio 1 kuvaa tätä käsitettä:

Tämä menetelmä voi saavuttaa joustavan spektrimittauksen manipuloimalla suoraan mitattua valonlähdettä.

Pakattu tunnistus
KvanttimikroaaltouuniTeknologia tarjoaa myös uuden menetelmän laajakaistasignaalien pakattuun tunnistamiseen. Käyttämällä kvanttien havaitsemisessa ominaista satunnaisuutta tutkijat ovat osoittaneet kvanttipainetun anturijärjestelmän, joka pystyy palauttamaan10 GHz RFspektri. Järjestelmä moduloi RF -signaalin koherentin fotonin polarisaatiotilaan. Yhden fotonin havaitseminen tarjoaa sitten luonnollisen satunnaisen mittausmatriisin painetun tunnistuksen vuoksi. Tällä tavoin laajakaistasignaali voidaan palauttaa Yarnyquist -näytteenottotaajuudella.

Kvanttiavain jakauma
Perinteisten mikroaaltouunifotonisten sovellusten parantamisen lisäksi kvanttitekniikka voi myös parantaa kvanttiviestintäjärjestelmiä, kuten kvanttivaimen jakauma (QKD). Tutkijat osoittivat subcarrier-multipleksin kvanttivaimen jakauman (SCM-QKD) multipleksoimalla mikroaaltofotonien subcerrier kvanttivaimenjakauma (QKD) -järjestelmään. Tämä mahdollistaa useiden riippumattomien kvantinäppäimien lähettämisen yhdellä valon aallonpituudella, mikä lisää spektritehokkuutta.
Kuvio 2 esittää kaksoisanlakannaisen SCM-QKD-järjestelmän konsepti- ja kokeelliset tulokset:

Vaikka kvantimikroaaltouuni fotoniikkatekniikka on lupaava, haasteita on vielä:
1. Rajoitettu reaaliaikainen kyky: Nykyinen järjestelmä vaatii paljon kertymisaikaa signaalin rekonstruoimiseksi.
2. Purske/yksittäisten signaalien käsittely: jälleenrakennuksen tilastollinen luonne rajoittaa sen sovellettavuutta toistumattomiin signaaleihin.
3. Muunna todelliseksi mikroaalto -aaltomuodeksi: tarvitaan lisävaiheita rekonstruoidun histogrammin muuntamiseksi käyttökelpoiseksi aaltomuodoksi.
4. Laiteominaisuudet: Tarvitaan lisätutkimus kvantti- ja mikroaaltouunin fotonisten laitteiden käyttäytymisestä yhdistetyissä järjestelmissä.
5. Integraatio: Useimmat järjestelmät käyttävät nykyään tilaa vieviä erillisiä komponentteja.

Näiden haasteiden vastaamiseksi ja kentän edistämiseksi on syntymässä useita lupaavia tutkimussuuntia:
1. Kehitä uusia menetelmiä reaaliaikaisen signaalinkäsittelyyn ja yhden havaitsemiseen.
2. Tutustu uusiin sovelluksiin, joissa hyödynnetään suurta herkkyyttä, kuten nestekidehen mittausta.
3. Jatka integroidujen fotonien ja elektronien toteuttamista koon ja monimutkaisuuden vähentämiseksi.
4. Tutki tehostettua valaistusmoottorin vuorovaikutusta integroiduissa kvantimikroaaltovalojen fotonisissa piireissä.
5. Yhdistä kvantimikroaaltouunifotonitekniikka muihin nouseviin kvanttitekniikoihin.