Aplicación da tecnoloxía fotónica cuántica de microondas

Aplicación da cuánticatecnoloxía fotónica de microondas

Detección de sinal débil
Unha das aplicacións máis prometedoras da tecnoloxía fotónica cuántica de microondas é a detección de sinais de microondas/RF extremadamente débiles. Ao utilizar a detección de fotón único, 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 faino ideal para aplicacións como comunicacións no espazo profundo.

Fotónica de microondasprocesamento de sinal
A fotónica de microondas cuántica tamén implementa funcións de procesamento de sinal de gran ancho de banda, como o cambio de fase e o filtrado. Usando un elemento óptico dispersivo e axustando a lonxitude de onda da luz, os investigadores demostraron o feito de que os desprazamentos de fase de RF ata 8 GHz filtran anchos de banda de RF ata 8 GHz. É importante destacar que todas estas funcións conséguense mediante dispositivos electrónicos de 3 GHz, o que demostra que o rendemento supera os límites tradicionais de ancho de banda.

Mapeo non local de frecuencia a tempo
Unha capacidade interesante provocada polo enredo cuántico é o mapeamento da frecuencia non local ao tempo. Esta técnica pode mapear o espectro dunha fonte de fotón único bombeado por ondas continuas a un dominio temporal nun lugar remoto. O sistema utiliza pares de fotóns enredados nos que un feixe atravesa un filtro espectral e o outro atravesa un elemento dispersivo. Debido á dependencia da frecuencia dos fotóns entrelazados, o modo de filtrado espectral mapea de forma non local ao dominio do tempo.
A figura 1 ilustra este concepto:

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

Detección comprimida
Cuánticaóptica 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 cuántica comprimida capaz de recuperarRF de 10 GHzespectros. O sistema modula o sinal de RF ao estado de polarización do fotón coherente. A detección de fotón único proporciona entón unha matriz de medición aleatoria natural para a detección comprimida. Deste xeito, o sinal de banda ancha pódese restaurar coa 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 claves cuánticas (QKD). Os investigadores demostraron a distribución de claves cuánticas múltiplex de subportadoras (SCM-QKD) multiplexando subportadores de fotóns de microondas nun sistema de distribución de claves cuánticas (QKD). Isto permite que múltiples claves cuánticas independentes sexan transmitidas 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 portadora:

Aínda que a tecnoloxía fotónica cuántica de microondas é prometedora, aínda hai algúns desafíos:
1. Capacidade limitada en tempo real: o sistema actual require moito tempo de acumulación para reconstruír o sinal.
2. Dificultade para tratar con sinais de ráfaga/sinais simples: a natureza estatística da reconstrución limita a súa aplicabilidade a sinais non repetitivos.
3. Converte nunha 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 seguir estudiando o comportamento dos dispositivos fotónicos cuánticos e de microondas en sistemas combinados.
5. Integración: a maioría dos sistemas hoxe en día usan compoñentes discretos voluminosos.

Para abordar estes desafíos e avanzar no campo, están xurdindo unha serie de direccións de investigación prometedoras:
1. Desenvolver novos métodos para o procesamento de sinal en tempo real e a detección única.
2. Explorar novas aplicacións que utilizan unha alta sensibilidade, como a medición de microesferas líquidas.
3. Perseguir 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 cuánticos integrados.
5. Combina a tecnoloxía de fotóns de microondas cuánticas con outras tecnoloxías cuánticas emerxentes.