Aplicación da tecnoloxía de fotónica de microondas cuántico

Aplicación de cuánticaTecnoloxía de fotónica de microondas

Detección de sinal débil
Unha das aplicacións máis prometedoras da tecnoloxía de fotónica de microondas cuánticos é a detección de sinais de microondas/RF extremadamente débiles. Ao utilizar unha detección de fotóns individuais, estes sistemas son moito máis sensibles que os métodos tradicionais. Por exemplo, os investigadores demostraron un sistema fotónico de microondas cuántico que pode detectar sinais tan baixos como -112,8 dBm sen ningunha amplificación electrónica. Esta sensibilidade ultra-alta fai que sexa ideal para aplicacións como as comunicacións espaciais profundas.

Fotónica de microondasprocesamento do sinal
A fotónica de microondas cuánticos tamén implementa funcións de procesamento de sinal de alta ancho de banda como o cambio e o filtrado de fase. Ao usar un elemento óptico dispersivo e axustar a lonxitude de onda da luz, os investigadores demostraron o feito de que a fase RF cambia ata 8 GHz de filtración de anchos de banda de ata 8 GHz. É importante destacar que estas características conséguense usando electrónica de 3 GHz, o que demostra que o rendemento supera os límites tradicionais de ancho de banda

Frecuencia non local para mapear o tempo
Unha capacidade interesante provocada polo enredamento cuántico é o mapeo da frecuencia non local ata o tempo. Esta técnica pode mapear o espectro dunha fonte de fotóns bombeado por onda continua a un dominio de tempo nun lugar remoto. O sistema usa pares de fotóns enredados nos que un feixe pasa por un filtro espectral e o outro pasa por un elemento dispersivo. Debido á dependencia de frecuencia de fotóns enredados, o modo de filtrado espectral é mapeado non localmente ao dominio horario.
A figura 1 ilustra este concepto:

Este método pode conseguir unha medición espectral flexible sen manipular directamente a fonte de luz medida.

Detección comprimida
Cuánticoóptico de microondasA tecnoloxía tamén ofrece un novo método para a detección comprimida de sinais de banda ancha. Usando a aleatoriedade inherente á detección cuántica, os investigadores demostraron un sistema de detección comprimido cuántico capaz de recuperarse10 GHz RFEspectros. O sistema modula o sinal RF ao estado de polarización do fotón coherente. A detección dun só fotón proporciona entón unha matriz de medición aleatoria natural para a detección comprimida. Deste xeito, o sinal de banda ancha pódese restaurar á taxa de mostraxe de Yarnyquist.

Distribución de clave cuántica
Ademais de mellorar as aplicacións fotónicas tradicionais de microondas, a tecnoloxía cuántica tamén pode mellorar os sistemas de comunicación cuántica como a distribución de clave cuántica (QKD). Os investigadores demostraron a distribución de chaves cuánticas multiplex (SCM-QKD) multiplexando multiplexando subportador de fotóns de microondas nun sistema de distribución de clave cuántica (QKD). Isto permite transmitir varias teclas cuánticas independentes nunha única lonxitude de onda de luz, aumentando así a eficiencia espectral.
A figura 2 mostra o concepto e os resultados experimentais do sistema SCM-QKD de dobre portador:

Aínda que a tecnoloxía de fotónica cuántica de microondas é prometedora, aínda hai algúns retos:
1. Capacidade en tempo real limitada: o sistema actual require moito tempo de acumulación para reconstruír o sinal.
2. Dificultade para tratar con ráfaga/sinais individuais: A natureza estatística da reconstrución limita a súa aplicabilidade a sinais que non se repiten.
3. Converter unha forma de onda de microondas real: son necesarios pasos adicionais para converter o histograma reconstruído nunha forma de onda utilizable.
4. Características do dispositivo: é necesario un estudo adicional do comportamento dos dispositivos fotónicos cuánticos e microondas en sistemas combinados.
5. Integración: A maioría dos sistemas hoxe usan compoñentes voluminosos discretos.

Para afrontar estes retos e avanzar no campo, están a xurdir varias direccións de investigación prometedoras:
1. Desenvolver novos métodos para o procesamento de sinal en tempo real e detección única.
2. Explora novas aplicacións que utilizan unha alta sensibilidade, como a medición da microsfera líquida.
3. Persegue a realización de fotóns e electróns integrados para reducir o tamaño e a complexidade.
4. Estude a interacción de materia de luz mellorada en circuítos fotónicos cuánticos cuánticos integrados.
5. Combina a tecnoloxía de fotóns de microondas cuánticos con outras tecnoloxías cuánticas emerxentes.