Toepassing van kwantummikrogolf fotonika tegnologie
Swak sein opsporing
Een van die mees belowende toepassings van kwantum mikrogolf fotonika tegnologie is die opsporing van uiters swak mikrogolf/RF seine. Deur enkelfotonopsporing 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 filtering. Deur 'n dispersiewe optiese element te gebruik en die golflengte van lig aan te pas, het die navorsers die feit gedemonstreer dat RF-fase tot 8 GHz RF-filterbandwydtes tot 8 GHz verskuif. Dit is belangrik dat hierdie kenmerke almal bereik word deur 3 GHz-elektronika te gebruik, wat wys dat die werkverrigting tradisionele bandwydtelimiete oorskry
Nie-plaaslike frekwensie tot tydkartering
Een interessante vermoë wat deur kwantumverstrengeling teweeggebring word, is die kartering van nie-plaaslike frekwensie na tyd. Hierdie tegniek kan die spektrum van 'n deurlopende 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 gaan. As gevolg van die frekwensie-afhanklikheid van verstrengelde fotone, word die spektrale filtermodus nie-plaaslik 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
Kwantumoptiese mikrogolftegnologie bied ook 'n nuwe metode vir saamgeperste waarneming van breëbandseine. Deur gebruik te maak van die ewekansigheid wat inherent is aan kwantumopsporing, het navorsers 'n kwantum saamgeperste waarnemingstelsel gedemonstreer wat in staat is om te herstel10 GHz RFspektra. Die stelsel moduleer die RF-sein na die polarisasietoestand van die koherente foton. Enkelfotonopsporing verskaf dan 'n natuurlike ewekansige metingsmatriks vir saamgeperste waarneming. Op hierdie manier kan die breëbandsein teen die Yarnyquist-steekproeftempo herstel word.
Kwantumsleutel verspreiding
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 mikrogolffotone-subdraer op 'n kwantumsleutelverspreidingstelsel (QKD) te vermenigvuldig. Dit laat verskeie onafhanklike kwantumsleutels oor 'n enkele golflengte van lig oorgedra word, waardeur die spektrale doeltreffendheid verhoog word.
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 verg baie akkumulasietyd om die sein te rekonstrueer.
2. Moeilikheid om sarsie/enkelseine te hanteer: Die statistiese aard van die rekonstruksie beperk die toepaslikheid daarvan op nie-herhalende seine.
3. Skakel om na 'n regte mikrogolfgolfvorm: Bykomende stappe word vereis 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, kom 'n aantal belowende navorsingsrigtings na vore:
1. Ontwikkel nuwe metodes vir intydse seinverwerking en enkelopsporing.
2. Verken nuwe toepassings wat hoë sensitiwiteit benut, soos vloeibare mikrosfeermeting.
3. Streef na die verwesenliking van geïntegreerde fotone en elektrone om grootte en kompleksiteit te verminder.
4. Bestudeer die verbeterde lig-materie interaksie in geïntegreerde kwantum mikrogolf fotoniese stroombane.
5. Kombineer kwantummikrogolffotontegnologie met ander opkomende kwantumtegnologieë.
Postyd: Sep-02-2024