Applicazione di quantumTecnologia fotonica a microonde
Rilevamento del segnale debole
Una delle applicazioni più promettenti della tecnologia fotonica a microonde quantistica è la rilevazione di segnali a microonde/RF estremamente deboli. Utilizzando il rilevamento di singoli fotoni, questi sistemi sono molto più sensibili dei metodi tradizionali. Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato un sistema fotonico a microonde quantistico in grado di rilevare segnali a partire da -112,8 dBM senza alcuna amplificazione elettronica. Questa sensibilità ultra-alta lo rende ideale per applicazioni come le comunicazioni spaziali profonde.
Fotonica a microondeElaborazione del segnale
La fotonica a microonde quantistica implementa anche funzioni di elaborazione del segnale ad alta larghezza di banda come lo spostamento e il filtraggio di fase. Usando un elemento ottico dispersivo e regolando la lunghezza d'onda della luce, i ricercatori hanno dimostrato il fatto che la fase RF sposta fino a 8 GHz filtrando larghezza di banda fino a 8 GHz. È importante sottolineare che queste caratteristiche sono tutte ottenute utilizzando elettronica a 3 GHz, il che dimostra che le prestazioni superano i limiti di larghezza di banda tradizionali
Frequenza non locale alla mappatura del tempo
Una capacità interessante causata dall'entanglement quantico è la mappatura della frequenza non locale al tempo. Questa tecnica può mappare lo spettro di una sorgente a fotoni singoli pompata a onda continua su un dominio temporale in una posizione remota. Il sistema utilizza coppie di fotoni intrecciate in cui un raggio passa attraverso un filtro spettrale e l'altro passa attraverso un elemento dispersivo. A causa della dipendenza dalla frequenza dei fotoni intrecciati, la modalità di filtraggio spettrale è mappata in modo non locale al dominio del tempo.
La Figura 1 illustra questo concetto:
Questo metodo può ottenere una misurazione spettrale flessibile senza manipolare direttamente la sorgente di luce misurata.
Rilevamento compresso
QuanticoOttico a microondeLa tecnologia fornisce anche un nuovo metodo per il rilevamento compresso dei segnali a banda larga. Usando la casualità inerente al rilevamento quantistico, i ricercatori hanno dimostrato un sistema di rilevamento compresso quantistico in grado di recuperare10 GHz RFspettri. Il sistema modula il segnale RF allo stato di polarizzazione del fotone coerente. Il rilevamento di singoli fotoni fornisce quindi una matrice di misurazione casuale naturale per il rilevamento compresso. In questo modo, il segnale a banda larga può essere ripristinato alla velocità di campionamento di Yarnyquist.
Distribuzione della chiave quantistica
Oltre a migliorare le tradizionali applicazioni fotoniche a microonde, la tecnologia quantistica può anche migliorare i sistemi di comunicazione quantistica come la distribuzione della chiave quantistica (QKD). I ricercatori hanno dimostrato la distribuzione della chiave quantistica multiplex di sottoportar (SCM-QKD) mediante il sottopossidatore a microonde multiplexing su un sistema di distribuzione della chiave quantistica (QKD). Ciò consente di trasmettere più tasti quantici indipendenti su una singola lunghezza d'onda di luce, aumentando così l'efficienza spettrale.
La Figura 2 mostra il concetto e i risultati sperimentali del sistema SCM-QKD a doppia porta:
Sebbene la tecnologia della fotonica a microonde quantistica sia promettente, ci sono ancora alcune sfide:
1. Capacità limitata in tempo reale: l'attuale sistema richiede molto tempo di accumulo per ricostruire il segnale.
2. Difficoltà a gestire i segnali di scoppio/singolo: la natura statistica della ricostruzione limita la sua applicabilità ai segnali non ripetuti.
3. Converti in una forma d'onda a microonde reale: sono necessari ulteriori passaggi per convertire l'istogramma ricostruito in una forma d'onda utilizzabile.
4. Caratteristiche del dispositivo: sono necessari ulteriori studi sul comportamento dei dispositivi fotonici quantici e a microonde nei sistemi combinati.
5. Integrazione: la maggior parte dei sistemi oggi utilizza componenti discreti voluminosi.
Per affrontare queste sfide e far avanzare il campo, stanno emergendo una serie di promettenti direzioni di ricerca:
1. Sviluppare nuovi metodi per l'elaborazione del segnale in tempo reale e il rilevamento singolo.
2. Esplora nuove applicazioni che utilizzano elevata sensibilità, come la misurazione della microsfera liquida.
3. Perseguire la realizzazione di fotoni ed elettroni integrati per ridurre le dimensioni e la complessità.
4. Studia l'interazione migliorata della maternità della luce nei circuiti fotonici a microonde quantistici integrati.
5. Combinare la tecnologia dei fotoni a microonde quantistica con altre tecnologie quantistiche emergenti.
Tempo post: settembre-02-2024