Применение технологии квантовой микроволновой фотоники

Применение квантаТехнология микроволновой фотоники

Слабое обнаружение сигнала
Одним из наиболее перспективных применений технологии квантовой микроволновой фотоники является обнаружение чрезвычайно слабых микроволновых/радиочастотных сигналов. Используя однократное обнаружение фотонов, эти системы гораздо более чувствительны, чем традиционные методы. Например, исследователи продемонстрировали квантовую микроволновую фотонную систему, которая может обнаруживать сигналы до -112,8 дБм без какого -либо электронного усиления. Эта сверхвысокая чувствительность делает его идеальным для таких приложений, как связь с глубоким пространством.

Микроволновая фотоникаобработка сигнала
Квантовая микроволновая фотоника также реализует функции обработки сигнала с высокой пропускной способностью, такие как смещение фазы и фильтрация. Используя дисперсионный оптический элемент и регулируя длину волны света, исследователи продемонстрировали тот факт, что РЧ -фаза смещает до 8 ГГц РЧ -пропускной способности до 8 ГГц. Важно отметить, что все эти функции достигаются с использованием электроники 3 ГГц, что показывает, что производительность превышает традиционные пределы пропускной способности

Нелокальная частота до картирования времени
Одной интересной способностью, вызванной квантовой запутанной, является отображение нелокальной частоты до времени. Этот метод может составить сопоставление спектра непрерывного волнистого однофотонного источника с доменом во времени в удаленном месте. Система использует запутанные пары фотонов, в которых один луч проходит через спектральный фильтр, а другой проходит через дисперсионный элемент. Из-за частотной зависимости запутанных фотонов режим спектральной фильтрации отображается нелокально с временной доменом.
Рисунок 1 иллюстрирует эту концепцию:

Этот метод может достичь гибкого спектрального измерения без непосредственной манипулирования измеренным источником света.

Сжатое зондирование
КвантМикроволновая оптическаяТехнология также предоставляет новый метод сжатого зондирования широкополосных сигналов. Используя случайность, присущая квантовому обнаружению, исследователи продемонстрировали квантовую систему сжатого зондирования, способную восстановить10 ГГц RFспектры. Система модулирует радиочастотный сигнал в состояние поляризации когерентного фотона. Однофотонное обнаружение затем обеспечивает естественную случайную матрицу измерения для сжатого зондирования. Таким образом, широкополосный сигнал может быть восстановлен при скорости отбора проб YarnyQuist.

Квантовое распределение ключей
В дополнение к улучшению традиционных микроволновых фотонных приложений, квантовая технология также может улучшить квантовые системы связи, такие как квантовое распределение ключей (QKD). Исследователи продемонстрировали субсирье мультиплексного распределения квантовых ключей (SCM-QKD) путем мультиплексирующего подночика микроволнового фотона в систему распределения квантовых ключей (QKD). Это позволяет передавать несколько независимых квантовых ключей на одну длину волны света, тем самым повышая спектральную эффективность.
На рисунке 2 показаны концепция и экспериментальные результаты системы SCM-QKD с двумя перевозками:

Хотя технология квантовой микроволновой фотоники является многообещающей, все еще есть некоторые проблемы:
1. Ограниченные возможности в реальном времени: текущая система требует большого времени накопления для восстановления сигнала.
2. Сложность справляться с взрывами/отдельными сигналами: статистическая природа реконструкции ограничивает его применимость к невыписным сигналам.
3.
4. Характеристики устройства: необходимо дальнейшее изучение поведения квантовых и микроволновых фотонных устройств в комбинированных системах.
5. Интеграция: большинство систем сегодня используют громоздкие дискретные компоненты.

Чтобы решить эти проблемы и продвигать эту область, появляется ряд многообещающих направлений исследований:
1. Разработать новые методы для обработки сигналов в реальном времени и отдельного обнаружения.
2. Исследуйте новые приложения, которые используют высокую чувствительность, такие как измерение микросферы жидкости.
3. Продолжайте реализацию интегрированных фотонов и электронов, чтобы уменьшить размер и сложность.
4. Изучите усиленное взаимодействие света в интегрированных квантовых микроволновых фотонных схемах.
5. Объедините квантовые микроволновые фотонные технологии с другими появляющимися квантовыми технологиями.