Tillämpning av kvantummikrovågsfotonikteknik
Detektering av svag signal
En av de mest lovande tillämpningarna av kvantmikrovågsfotonikteknik är detektering av extremt svaga mikrovågs-/RF-signaler. Genom att använda singelfotondetektion är dessa system mycket känsligare än traditionella metoder. Forskarna har till exempel visat ett fotoniskt kvantmikrovågssystem som kan upptäcka signaler så låga som -112,8 dBm utan någon elektronisk förstärkning. Denna ultrahöga känslighet gör den idealisk för applikationer som rymdkommunikation.
Mikrovågsfotoniksignalbehandling
Kvantmikrovågsfotonik implementerar också signalbehandlingsfunktioner med hög bandbredd som fasförskjutning och filtrering. Genom att använda ett dispersivt optiskt element och justera ljusets våglängd visade forskarna det faktum att RF-fasskiftningar upp till 8 GHz RF-filtreringsbandbredder upp till 8 GHz. Viktigt är att alla dessa funktioner uppnås med 3 GHz-elektronik, vilket visar att prestandan överskrider traditionella bandbreddsgränser
Icke-lokal frekvens till tidskartläggning
En intressant förmåga som åstadkoms av kvantintrassling är kartläggningen av icke-lokal frekvens till tid. 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 den andra passerar genom ett dispersivt element. På grund av frekvensberoendet hos intrasslade fotoner, mappas spektralfiltreringsläget icke-lokalt till tidsdomänen.
Figur 1 illustrerar detta koncept:
Denna metod kan uppnå flexibel spektral mätning utan att direkt manipulera den uppmätta ljuskällan.
Komprimerad avkänning
Kvantoptisk mikrovågsugnTekniken ger också en ny metod för komprimerad avkänning av bredbandssignaler. Med hjälp av slumpmässigheten som är inneboende i kvantdetektering har forskare visat ett kvantkomprimerat avkänningssystem som kan återhämta sig10 GHz RFspektra. Systemet modulerar RF-signalen till polarisationstillståndet för den koherenta fotonen. Enkelfotondetektion ger sedan en naturlig slumpmässig mätmatris för komprimerad avkänning. På detta sätt kan bredbandssignalen återställas med Yarnyquists samplingshastighet.
Kvantnyckelfördelning
Förutom att förbättra traditionella mikrovågsfotoniska applikationer kan kvantteknik också förbättra kvantkommunikationssystem som kvantnyckeldistribution (QKD). Forskarna demonstrerade subcarrier multiplex quantum key distribution (SCM-QKD) genom att multiplexa mikrovågsfotoner subcarrier på ett quantum key distribution (QKD) system. Detta gör att flera oberoende kvantnycklar kan sändas över en enda våglängd av ljus, vilket ökar spektral effektivitet.
Figur 2 visar konceptet och experimentella resultat för dubbelbärar SCM-QKD-systemet:
Även om kvantmikrovågsfotoniktekniken är lovande, finns det fortfarande några utmaningar:
1. Begränsad realtidskapacitet: Det nuvarande systemet kräver mycket ackumuleringstid för att rekonstruera signalen.
2. Svårigheter att hantera burst/enkla signaler: Rekonstruktionens statistiska karaktär begränsar dess tillämpbarhet på icke-repeterande signaler.
3. Konvertera till en riktig mikrovågsvågform: Ytterligare steg krävs för att konvertera det rekonstruerade histogrammet till en användbar vågform.
4. Enhetens egenskaper: Ytterligare studier av beteendet hos kvant- och mikrovågsfotoniska enheter i kombinerade system behövs.
5. Integration: De flesta system använder idag skrymmande diskreta komponenter.
För att möta dessa utmaningar och utveckla fältet, dyker ett antal lovande forskningsriktningar upp:
1. Utveckla nya metoder för signalbehandling i realtid och singeldetektering.
2. Utforska nya applikationer som använder hög känslighet, såsom mätning av flytande mikrosfärer.
3. Fortsätta förverkligandet av integrerade fotoner och elektroner för att minska storlek och komplexitet.
4. Studera den förbättrade ljus-materia-interaktionen i integrerade kvantmikrovågsfotoniska kretsar.
5. Kombinera kvantmikrovågsfotonteknik med andra framväxande kvantteknologier.
Posttid: 2024-02-02