Teknolohiyang optikal ng quantum microwave

Kwantumoptikal na microwaveteknolohiya
Teknolohiyang optikal ng microwaveay naging isang makapangyarihang larangan, na pinagsasama ang mga bentahe ng teknolohiyang optical at microwave sa pagproseso ng signal, komunikasyon, sensing at iba pang aspeto. Gayunpaman, ang mga kumbensyonal na sistemang microwave photonic ay nahaharap sa ilang pangunahing limitasyon, lalo na sa mga tuntunin ng bandwidth at sensitivity. Upang malampasan ang mga hamong ito, sinisimulan ng mga mananaliksik na tuklasin ang quantum microwave photonics – isang kapana-panabik na bagong larangan na pinagsasama ang mga konsepto ng teknolohiyang quantum sa microwave photonics.

Mga Pangunahing Kaalaman sa Teknolohiyang Optikal ng Quantum Microwave
Ang pangunahing layunin ng teknolohiyang optikal na quantum microwave ay palitan ang tradisyonal na teknolohiyang optikalphotodetectorsalink ng photon sa microwavegamit ang isang high-sensitivity single photon photodetector. Pinapayagan nito ang sistema na gumana sa napakababang antas ng optical power, kahit hanggang sa antas ng single-photon, habang potensyal din na pataasin ang bandwidth.
Ang mga karaniwang sistema ng quantum microwave photon ay kinabibilangan ng: 1. Mga pinagmumulan ng single-photon (hal., mga attenuated laser 2.Modulator na elektro-optikopara sa pag-encode ng mga microwave/RF signal 3. Bahagi ng optical signal processing 4. Mga single photon detector (hal. Superconducting nanowire detector) 5. Mga elektronikong aparato na time dependent single photon Counting (TCSPC)
Ipinapakita ng Figure 1 ang paghahambing sa pagitan ng tradisyonal na microwave photon links at quantum microwave photon links:

Ang pangunahing pagkakaiba ay ang paggamit ng mga single photon detector at TCSPC module sa halip na mga high-speed photodiode. Nagbibigay-daan ito sa pagtukoy ng mga lubhang mahinang signal, habang inaasahang mas lalampas sa mga limitasyon ng mga tradisyunal na photodetector ang bandwidth.

Iskemang pang-detekta ng iisang photon
Napakahalaga ng iskema ng pagtukoy ng iisang photon para sa mga sistema ng quantum microwave photon. Ang prinsipyo ng paggana ay ang mga sumusunod: 1. Ang pana-panahong trigger signal na naka-synchronize sa nasukat na signal ay ipinapadala sa TCSPC module. 2. Ang nag-iisang photon detector ay naglalabas ng isang serye ng mga pulse na kumakatawan sa mga natukoy na photon. 3. Sinusukat ng TCSPC module ang pagkakaiba ng oras sa pagitan ng trigger signal at bawat natukoy na photon. 4. Pagkatapos ng ilang trigger loop, naitatag ang detection time histogram. 5. Maaaring muling buuin ng histogram ang waveform ng orihinal na signal. Sa matematika, maipapakita na ang probabilidad ng pagtukoy ng isang photon sa isang takdang oras ay proporsyonal sa optical power sa oras na iyon. Samakatuwid, ang histogram ng detection time ay maaaring tumpak na kumatawan sa waveform ng nasukat na signal.

Mga pangunahing bentahe ng teknolohiyang optikal na quantum microwave
Kung ikukumpara sa mga tradisyonal na microwave optical system, ang quantum microwave photonics ay may ilang pangunahing bentahe: 1. Ultra-high sensitivity: Nakakakita ng mga napakahinang signal hanggang sa single photon level. 2. Pagtaas ng bandwidth: hindi limitado ng bandwidth ng photodetector, apektado lamang ng timing jitter ng single photon detector. 3. Pinahusay na anti-interference: Maaaring salain ng TCSPC reconstruction ang mga signal na hindi naka-lock sa trigger. 4. Mas mababang ingay: Iwasan ang ingay na dulot ng tradisyonal na photoelectric detection at amplification.