Toepassing van kwantummikrogolf fotonika tegnologie
Swak seinopsporing
Een van die mees belowende toepassings van kwantummikrogolffotonika-tegnologie is die opsporing van uiters swak mikrogolf-/RF-seine. Deur enkelfotondeteksie te gebruik, is hierdie stelsels baie meer sensitief as tradisionele metodes. Die navorsers het byvoorbeeld 'n kwantummikrogolffotoniese stelsel gedemonstreer wat seine so laag as -112.8 dBm kan opspoor sonder enige elektroniese versterking. Hierdie ultrahoë sensitiwiteit maak dit ideaal vir toepassings soos diepruimtekommunikasie.
Mikrogolffotonikaseinverwerking
Kwantummikrogolffotonika implementeer ook hoëbandwydte-seinverwerkingsfunksies soos faseverskuiwing en filtrering. Deur 'n dispersiewe optiese element te gebruik en die golflengte van lig aan te pas, het die navorsers die feit gedemonstreer dat RF-faseverskuiwings tot 8 GHz en RF-filterbandwydtes tot 8 GHz kan plaasvind. Dit is belangrik dat hierdie kenmerke almal bereik word met behulp van 3 GHz-elektronika, wat toon dat die werkverrigting tradisionele bandwydtelimiete oorskry.
Nie-plaaslike frekwensie-tot-tyd-kartering
Een interessante vermoë wat deur kwantumverstrengeling teweeggebring word, is die kartering van nie-lokale frekwensie na tyd. Hierdie tegniek kan die spektrum van 'n kontinue-golf gepompte enkelfotonbron na 'n tyddomein op 'n afgeleë plek karteer. Die stelsel gebruik verstrengelde fotonpare waarin een straal deur 'n spektrale filter gaan en die ander deur 'n dispersiewe element. As gevolg van die frekwensie-afhanklikheid van verstrengelde fotone, word die spektrale filtermodus nie-lokaal na die tyddomein gekarteer.
Figuur 1 illustreer hierdie konsep:
Hierdie metode kan buigsame spektrale meting bereik sonder om die gemete ligbron direk te manipuleer.
Saamgeperste waarneming
Kwantummikrogolf optiesetegnologie bied ook 'n nuwe metode vir saamgeperste waarneming van breëbandseine. Deur die willekeur inherent aan kwantumdeteksie te gebruik, het navorsers 'n kwantumsaamgeperste waarnemingstelsel gedemonstreer wat in staat is om te herstel.10 GHz RFspektra. Die stelsel moduleer die RF-sein na die polarisasietoestand van die koherente foton. Enkelfoton-deteksie verskaf dan 'n natuurlike ewekansige meetmatriks vir saamgeperste waarneming. Op hierdie manier kan die breëbandsein teen die Yarnyquist-monstertempo herstel word.
Kwantumsleutelverspreiding
Benewens die verbetering van tradisionele mikrogolffotoniese toepassings, kan kwantumtegnologie ook kwantumkommunikasiestelsels soos kwantumsleutelverspreiding (QKD) verbeter. Die navorsers het subdraer-multipleks kwantumsleutelverspreiding (SCM-QKD) gedemonstreer deur mikrogolffoton-subdraers op 'n kwantumsleutelverspreiding (QKD)-stelsel te multiplekseer. Dit laat toe dat verskeie onafhanklike kwantumsleutels oor 'n enkele golflengte van lig oorgedra word, wat die spektrale doeltreffendheid verhoog.
Figuur 2 toon die konsep en eksperimentele resultate van die dubbeldraer SCM-QKD-stelsel:
Alhoewel kwantummikrogolffotonika-tegnologie belowend is, is daar steeds 'n paar uitdagings:
1. Beperkte intydse vermoë: Die huidige stelsel benodig baie ophopingstyd om die sein te rekonstrueer.
2. Moeilikheid om met bars-/enkelseine te werk: Die statistiese aard van die rekonstruksie beperk die toepaslikheid daarvan op nie-herhalende seine.
3. Skakel om na 'n werklike mikrogolfgolfvorm: Bykomende stappe is nodig om die gerekonstrueerde histogram in 'n bruikbare golfvorm om te skakel.
4. Toestelkenmerke: Verdere studie van die gedrag van kwantum- en mikrogolffotoniese toestelle in gekombineerde stelsels is nodig.
5. Integrasie: Die meeste stelsels gebruik vandag lywige diskrete komponente.
Om hierdie uitdagings aan te spreek en die veld te bevorder, ontstaan 'n aantal belowende navorsingsrigtings:
1. Ontwikkel nuwe metodes vir intydse seinverwerking en enkelvoudige opsporing.
2. Verken nuwe toepassings wat hoë sensitiwiteit gebruik, soos vloeibare mikrosfeermeting.
3. Streef na die realisering van geïntegreerde fotone en elektrone om grootte en kompleksiteit te verminder.
4. Bestudeer die verbeterde lig-materie-interaksie in geïntegreerde kwantummikrogolffotoniese stroombane.
5. Kombineer kwantummikrogolffotontegnologie met ander opkomende kwantumtegnologieë.
Plasingstyd: 2 September 2024