Applicazione della tecnologia fotonica quantistica a microonde

Applicazione della quantisticatecnologia fotonica a microonde

Rilevamento del segnale debole
Una delle applicazioni più promettenti della tecnologia della fotonica quantistica a microonde è il rilevamento di segnali a microonde/RF estremamente deboli. Utilizzando il rilevamento di singoli fotoni, questi sistemi sono molto più sensibili rispetto ai metodi tradizionali. Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato un sistema fotonico a microonde quantistiche in grado di rilevare segnali fino a -112,8 dBm senza alcuna amplificazione elettronica. Questa sensibilità ultraelevata lo rende ideale per applicazioni come le comunicazioni nello spazio profondo.

Fotonica a microondeelaborazione del segnale
La fotonica quantistica a microonde implementa anche funzioni di elaborazione del segnale a larghezza di banda elevata come lo sfasamento e il filtraggio. Utilizzando un elemento ottico dispersivo e regolando la lunghezza d'onda della luce, i ricercatori hanno dimostrato il fatto che la fase RF si sposta fino a 8 GHz, filtrando le larghezze di banda di filtraggio RF fino a 8 GHz. È importante sottolineare che queste funzionalità sono tutte ottenute utilizzando l'elettronica a 3 GHz, il che dimostra che le prestazioni superano i tradizionali limiti di larghezza di banda

Mappatura della frequenza non locale in base al tempo
Una capacità interessante offerta dall’entanglement quantistico è la mappatura della frequenza non locale nel tempo. Questa tecnica può mappare lo spettro di una sorgente di fotone singolo pompato ad onda continua in un dominio temporale in una posizione remota. Il sistema utilizza coppie di fotoni entangled in cui un fascio passa attraverso un filtro spettrale e l'altro passa attraverso un elemento dispersivo. A causa della dipendenza dalla frequenza dei fotoni entangled, la modalità di filtraggio spettrale è mappata non localmente nel dominio del tempo.
La Figura 1 illustra questo concetto:

Questo metodo può ottenere una misurazione spettrale flessibile senza manipolare direttamente la sorgente luminosa misurata.

Rilevamento compresso
Quantisticoottico a microondela tecnologia fornisce anche un nuovo metodo per il rilevamento compresso dei segnali a banda larga. Utilizzando la casualità intrinseca al rilevamento quantistico, i ricercatori hanno dimostrato un sistema di rilevamento compresso quantistico in grado di recuperareRF da 10GHzspettri. Il sistema modula il segnale RF allo stato di polarizzazione del fotone coerente. Il rilevamento di un singolo fotone fornisce quindi una matrice di misurazione casuale naturale per il rilevamento compresso. In questo modo, il segnale a banda larga può essere ripristinato alla frequenza di campionamento Yarnyquist.

Distribuzione delle chiavi quantistiche
Oltre a migliorare le tradizionali applicazioni fotoniche a microonde, la tecnologia quantistica può anche migliorare i sistemi di comunicazione quantistica come la distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD). I ricercatori hanno dimostrato la distribuzione multiplex della chiave quantistica della sottoportante (SCM-QKD) multiplexando la sottoportante dei fotoni a microonde su un sistema di distribuzione della chiave quantistica (QKD). Ciò consente di trasmettere più chiavi quantistiche indipendenti su un’unica lunghezza d’onda della luce, aumentando così l’efficienza spettrale.
La Figura 2 mostra il concetto e i risultati sperimentali del sistema SCM-QKD a doppia portante:

Sebbene la tecnologia della fotonica quantistica a microonde sia promettente, ci sono ancora alcune sfide:
1. Capacità in tempo reale limitata: il sistema attuale richiede molto tempo di accumulo per ricostruire il segnale.
2. Difficoltà nel gestire segnali burst/singoli: la natura statistica della ricostruzione limita la sua applicabilità a segnali non ripetitivi.
3. Convertire in una forma d'onda a microonde reale: sono necessari passaggi aggiuntivi per convertire l'istogramma ricostruito in una forma d'onda utilizzabile.
4. Caratteristiche del dispositivo: sono necessari ulteriori studi sul comportamento dei dispositivi fotonici quantistici e a microonde nei sistemi combinati.
5. Integrazione: la maggior parte dei sistemi oggi utilizza componenti discreti ingombranti.

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. Esplorare nuove applicazioni che utilizzano un'elevata sensibilità, come la misurazione delle microsfere liquide.
3. Perseguire la realizzazione di fotoni ed elettroni integrati per ridurre dimensioni e complessità.
4. Studio dell'interazione potenziata luce-materia in circuiti fotonici quantistici integrati a microonde.
5. Combinare la tecnologia dei fotoni a microonde quantistici con altre tecnologie quantistiche emergenti.