Tillämpning av kvantmikrovågsfotonikteknik

ANVÄNDNING AV KVANTUMMikrovågsfotonikteknik

Svag signalupptäckt
En av de mest lovande tillämpningarna av kvantmikrovågsfotonikteknik är detektering av extremt svaga mikrovågs/RF -signaler. Genom att använda enstaka fotondetektering är dessa system mycket mer känsliga än traditionella metoder. Till exempel har forskarna visat ett kvantmikrovågsfotoniskt system som kan upptäcka signaler så låga som -112,8 dBm utan någon elektronisk förstärkning. Denna ultrahögkänslighet gör den idealisk för applikationer som djup rymdkommunikation.

Mikrovågsfotoniksignalbehandling
Kvantmikrovågsfotonik implementerar också signalbehandlingsfunktioner med hög bandbredd som fasförskjutning och filtrering. Genom att använda ett spridande optiskt element och justera ljusets våglängd visade forskarna det faktum att RF -fasen växlar upp till 8 GHz RF -filtrering av bandbredder upp till 8 GHz. Det är viktigt att dessa funktioner alla uppnås med 3 GHz -elektronik, vilket visar att prestandan överskrider traditionella bandbreddgränser

Icke-lokal frekvens till tidskartläggning
En intressant kapacitet som åstadkommits genom kvantförvirring är kartläggning av icke-lokal frekvens till tiden. Denna teknik kan kartlägga spektrumet för en kontinuerlig vågpumpad enfotonkälla till en tidsdomän på en avlägsen plats. Systemet använder intrasslade fotonpar där en stråle passerar genom ett spektralfilter och det andra passerar genom ett spridande element. På grund av frekvensberoendet hos intrasslade fotoner mappas spektralfiltreringsläget icke-lokalt till tidsdomänen.
Figur 1 illustrerar detta koncept:

Denna metod kan uppnå flexibel spektralmätning utan att direkt manipulera den uppmätta ljuskällan.

Komprimerad avkänning
KvantmikrovågsoptiskTeknik tillhandahåller också en ny metod för komprimerad avkänning av bredbandssignaler. Med hjälp av den slumpmässighet som ligger i kvantdetektering har forskare visat ett kvantkomprimerat avkänningssystem som kan återhämta sig10 GHz RFspektra. Systemet modulerar RF -signalen till polarisationstillståndet för den sammanhängande fotonen. Detektering av en foton ger sedan en naturlig slumpmätningsmatris för komprimerad avkänning. På detta sätt kan bredbandssignalen återställas vid Yarnyquist -provtagningshastigheten.

Kvantnyckelfördelning
Förutom att förbättra traditionella mikrovågsfotoniska applikationer kan kvantteknologi också förbättra kvantkommunikationssystem såsom kvantnyckelfördelning (QKD). Forskarna demonstrerade underbärarens multiplex kvantnyckelfördelning (SCM-QKD) genom att multiplexera mikrovågsfotoner underbärare på ett kvantnyckelfördelning (QKD) -system. Detta gör att flera oberoende kvantnycklar kan överföras över en enda våglängd av ljus och därmed öka spektraleffektiviteten.
Figur 2 visar konceptet och experimentella resultat från SCM-QKD-systemet med dubbelbärare:

Även om kvantmikrovågsfotonikteknik är lovande, finns det fortfarande några utmaningar:
1. Begränsad realtidsförmåga: Det nuvarande systemet kräver mycket ansamlingstid för att rekonstruera signalen.
2. Svårigheter att hantera burst/enstaka signaler: Rekonstruktionens statistiska karaktär begränsar dess tillämpbarhet på icke-upprepande signaler.
3. Konvertera till en riktig mikrovågsvågform: Ytterligare steg krävs för att konvertera det rekonstruerade histogrammet till en användbar vågform.
4. Enhetsegenskaper: Ytterligare studier av beteendet hos kvant- och mikrovågsugn -enheter i kombinerade system behövs.
5. Integration: De flesta system använder idag skrymmande diskreta komponenter.

För att hantera dessa utmaningar och främja fältet dyker upp ett antal lovande forskningsanvisningar:
1. Utveckla nya metoder för realtidssignalbehandling och enstaka detektion.
2. Utforska nya applikationer som använder hög känslighet, såsom mätning av flytande mikrosfär.
3. Fortsätt förverkligandet av integrerade fotoner och elektroner för att minska storlek och komplexitet.
4. Studera den förbättrade ljusmaterialinteraktionen i integrerade kvantmikrovågsugningskretsar.
5. Kombinera kvantmikrovågsfoton -teknik med andra nya kvanttekniker.