Aplikasyon ng teknolohiyang quantum microwave photonics

Aplikasyon ng kwantumteknolohiya ng photonics ng microwave

Mahinang pagtukoy ng signal
Isa sa mga pinakapangakong aplikasyon ng teknolohiyang quantum microwave photonics ay ang pagtuklas ng mga lubhang mahinang signal ng microwave/RF. Sa pamamagitan ng paggamit ng single photon detection, ang mga sistemang ito ay mas sensitibo kaysa sa mga tradisyunal na pamamaraan. Halimbawa, ipinakita ng mga mananaliksik ang isang quantum microwave photonic system na kayang makakita ng mga signal na kasingbaba ng -112.8 dBm nang walang anumang electronic amplification. Ang ultra-high sensitivity na ito ay ginagawa itong mainam para sa mga aplikasyon tulad ng komunikasyon sa malalalim na kalawakan.

Microwave photonicspagproseso ng signal
Nagpapatupad din ang quantum microwave photonics ng mga high-bandwidth signal processing function tulad ng phase shifting at filtering. Sa pamamagitan ng paggamit ng dispersive optical element at pagsasaayos ng wavelength ng liwanag, ipinakita ng mga mananaliksik ang katotohanan na ang RF phase shifting ay umaabot sa 8 GHz at RF filtering bandwidths hanggang 8 GHz. Mahalaga, ang mga feature na ito ay nakakamit gamit ang 3 GHz electronics, na nagpapakita na ang performance ay lumalampas sa tradisyonal na bandwidth limits.

Pagmamapa ng hindi lokal na dalas sa oras
Isang kawili-wiling kakayahan na dulot ng quantum entanglement ay ang pagmamapa ng non-local frequency sa oras. Maaaring i-map ng teknik na ito ang spectrum ng isang continuous-wave pumped single-photon source sa isang time domain sa isang liblib na lokasyon. Gumagamit ang sistema ng mga entangled photon pairs kung saan ang isang beam ay dumadaan sa isang spectral filter at ang isa naman ay dumadaan sa isang dispersive element. Dahil sa frequency dependence ng mga entangled photon, ang spectral filtering mode ay naka-map nang non-locally sa time domain.
Inilalarawan ng Figure 1 ang konseptong ito:

Kayang makamit ng pamamaraang ito ang nababaluktot na pagsukat ng spectral nang hindi direktang minamanipula ang nasukat na pinagmumulan ng liwanag.

Naka-compress na sensing
Kwantumoptikal na microwaveNagbibigay din ang teknolohiya ng isang bagong pamamaraan para sa compressed sensing ng mga broadband signal. Gamit ang randomness na likas sa quantum detection, ipinakita ng mga mananaliksik ang isang quantum compressed sensing system na may kakayahang mabawi ang10 GHz RFspectra. Binabago ng sistema ang RF signal sa estado ng polarisasyon ng coherent photon. Ang single-photon detection ay nagbibigay ng natural na random measurement matrix para sa compressed sensing. Sa ganitong paraan, maaaring maibalik ang broadband signal sa Yarnyquist sampling rate.

Distribusyon ng quantum key
Bukod sa pagpapahusay ng mga tradisyonal na aplikasyon ng microwave photonic, maaari ring mapabuti ng teknolohiyang quantum ang mga sistema ng komunikasyon sa quantum tulad ng quantum key distribution (QKD). Ipinakita ng mga mananaliksik ang subcarrier multiplex quantum key distribution (SCM-QKD) sa pamamagitan ng pag-multiplex ng mga microwave photon subcarrier sa isang quantum key distribution (QKD) system. Pinapayagan nito ang maraming independiyenteng quantum key na maipadala sa isang wavelength ng liwanag, sa gayon ay pinapataas ang spectral efficiency.
Ipinapakita ng Figure 2 ang konsepto at mga resulta ng eksperimento ng dual-carrier SCM-QKD system:

Bagama't maganda ang takbo ng teknolohiyang quantum microwave photonics, mayroon pa ring ilang mga hamon:
1. Limitadong kakayahan sa real-time: Ang kasalukuyang sistema ay nangangailangan ng maraming oras ng akumulasyon upang muling buuin ang signal.
2. Kahirapan sa pagharap sa mga burst/single signal: Ang istatistikal na katangian ng rekonstruksyon ay naglilimita sa kakayahang magamit nito sa mga hindi paulit-ulit na signal.
3. I-convert sa isang tunay na microwave waveform: Kinakailangan ang mga karagdagang hakbang upang i-convert ang muling binuong histogram sa isang magagamit na waveform.
4. Mga katangian ng aparato: Kinakailangan ang karagdagang pag-aaral sa pag-uugali ng mga quantum at microwave photonic device sa pinagsamang mga sistema.
5. Integrasyon: Karamihan sa mga sistema ngayon ay gumagamit ng malalaking hiwalay na mga bahagi.

Upang matugunan ang mga hamong ito at mapaunlad ang larangan, maraming magagandang direksyon sa pananaliksik ang umuusbong:
1. Bumuo ng mga bagong pamamaraan para sa real-time signal processing at single detection.
2. Galugarin ang mga bagong aplikasyon na gumagamit ng mataas na sensitibidad, tulad ng pagsukat ng likidong mikrospera.
3. Ituloy ang pagsasakatuparan ng mga pinagsamang photon at electron upang mabawasan ang laki at kasalimuotan.
4. Pag-aralan ang pinahusay na interaksyon ng light-matter sa mga integrated quantum microwave photonic circuit.
5. Pagsamahin ang teknolohiyang quantum microwave photon sa iba pang mga umuusbong na teknolohiyang quantum.