Aplicación da tecnoloxía da fotónica de microondas cuánticas

Aplicación da cuánticatecnoloxía fotónica de microondas

Detección de sinal débil
Unha das aplicacións máis prometedoras da tecnoloxía fotónica de microondas cuánticas é a detección de sinais de microondas/RF extremadamente débiles. Ao utilizar a detección dun só fotón, estes sistemas son moito máis sensibles que os métodos tradicionais. Por exemplo, os investigadores demostraron un sistema fotónico de microondas cuánticas que pode detectar sinais tan baixos como -112,8 dBm sen ningunha amplificación electrónica. Esta sensibilidade ultraalta faino ideal para aplicacións como as comunicacións no espazo profundo.

fotónica de microondasprocesamento de sinais
A fotónica cuántica de microondas tamén implementa funcións de procesamento de sinais de gran ancho de banda, como o desprazamento de fase e o filtrado. Mediante o uso dun elemento óptico dispersivo e o axuste da lonxitude de onda da luz, os investigadores demostraron o feito de que a fase de RF despraza ata 8 GHz filtrando anchos de banda de RF de ata 8 GHz. É importante destacar que todas estas características se conseguen mediante electrónica de 3 GHz, o que demostra que o rendemento supera os límites de ancho de banda tradicionais.

Mapeo de frecuencias non locais a tempo
Unha capacidade interesante que ofrece o entrelazamento cuántico é o mapeo da frecuencia non local ao tempo. Esta técnica pode mapear o espectro dunha fonte de fotón único bombeada por onda continua a un dominio temporal nunha localización remota. O sistema usa pares de fotóns entrelazados nos que un feixe pasa a través dun filtro espectral e o outro pasa a través dun elemento dispersivo. Debido á dependencia da frecuencia dos fotóns entrelazados, o modo de filtrado espectral mapea de forma non local ao dominio temporal.
A figura 1 ilustra este concepto:

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

Detección comprimida
Cuánticoóptica de microondasA tecnoloxía tamén proporciona 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 comprimida cuántica capaz de recuperarRF de 10 GHzespectros. O sistema modula o sinal de 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 claves cuánticas
Ademais de mellorar as aplicacións fotónicas tradicionais de microondas, a tecnoloxía cuántica tamén pode mellorar os sistemas de comunicación cuántica como a distribución de chaves cuánticas (QKD). Os investigadores demostraron a distribución de chaves cuánticas multiplexadas por subportadoras (SCM-QKD) mediante a multiplexación de subportadoras de fotóns de microondas nun sistema de distribución de chaves cuánticas (QKD). Isto permite transmitir varias chaves cuánticas independentes sobre unha 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 da fotónica de microondas cuántica é prometedora, aínda existen algúns desafíos:
1. Capacidade limitada en tempo real: o sistema actual require moito tempo de acumulación para reconstruír o sinal.
2. Dificultade para xestionar sinais en ráfagas/singulares: a natureza estatística da reconstrución limita a súa aplicabilidade a sinais non repetitivos.
3. Converter a unha forma de onda de microondas real: Requírense pasos adicionais para converter o histograma reconstruído nunha forma de onda utilizable.
4. Características do dispositivo: É necesario un estudo máis profundo do comportamento dos dispositivos fotónicos cuánticos e de microondas en sistemas combinados.
5. Integración: A maioría dos sistemas actuais empregan compoñentes discretos voluminosos.

Para abordar estes desafíos e avanzar no campo, están a xurdir unha serie de liñas de investigación prometedoras:
1. Desenvolver novos métodos para o procesamento de sinais en tempo real e a detección única.
2. Explorar novas aplicacións que utilicen unha alta sensibilidade, como a medición de microesferas líquidas.
3. Procurar a realización de fotóns e electróns integrados para reducir o tamaño e a complexidade.
4. Estudar a interacción luz-materia mellorada en circuítos fotónicos de microondas cuánticas integrados.
5. Combinar a tecnoloxía cuántica de fotóns de microondas con outras tecnoloxías cuánticas emerxentes.