Aplicação da tecnologia de fotônica de microondas quântica

Aplicação do QuantumTecnologia de fotônicas de microondas

Detecção de sinal fraco
Uma das aplicações mais promissoras da tecnologia quântica de fotônicas de microondas é a detecção de sinais de microondas/RF extremamente fracos. Ao utilizar a detecção de fótons únicos, esses sistemas são muito mais sensíveis que os métodos tradicionais. Por exemplo, os pesquisadores demonstraram um sistema fotônico de microondas quântico que pode detectar sinais tão baixos quanto -112,8 dBm sem qualquer amplificação eletrônica. Essa sensibilidade ultra-alta o torna ideal para aplicações como comunicações espaciais profundas.

Fotônica de microondasprocessamento de sinal
A fotônica quântica de microondas também implementa funções de processamento de sinal de alta largura de banda, como mudança e filtragem de fase. Usando um elemento óptico dispersivo e ajustando o comprimento de onda da luz, os pesquisadores demonstraram o fato de que a fase de RF muda para larguras de banda de filtragem RF de 8 GHz até 8 GHz. É importante ressaltar que esses recursos são alcançados usando eletrônicos de 3 GHz, o que mostra que o desempenho excede os limites tradicionais de largura de banda

Frequência não local para mapeamento de tempo
Uma capacidade interessante provocada pelo emaranhamento quântico é o mapeamento da frequência não local ao tempo. Essa técnica pode mapear o espectro de uma fonte de fóton de onda contínua para um domínio de tempo em um local remoto. O sistema usa pares de fótons emaranhados nos quais um feixe passa por um filtro espectral e o outro passa por um elemento dispersivo. Devido à dependência de frequência de fótons emaranhados, o modo de filtragem espectral é mapeado não localmente para o domínio do tempo.
A Figura 1 ilustra este conceito:

Este método pode obter uma medição espectral flexível sem manipular diretamente a fonte de luz medida.

Detecção comprimida
QuantumMicroondas ópticoA tecnologia também fornece um novo método para detecção compactada de sinais de banda larga. Usando a aleatoriedade inerente à detecção quântica, os pesquisadores demonstraram um sistema de detecção quântica comprimido capaz de se recuperar10 GHz RFespectros. O sistema modula o sinal de RF no estado de polarização do fóton coerente. A detecção de fóton único fornece uma matriz de medição aleatória natural para detecção comprimida. Dessa forma, o sinal de banda larga pode ser restaurado na taxa de amostragem de Yarnyquist.

Distribuição quântica de chaves
Além de melhorar as aplicações fotônicas tradicionais de microondas, a tecnologia quântica também pode melhorar os sistemas de comunicação quântica, como a distribuição quântica de chaves (QKD). Os pesquisadores demonstraram distribuição de chave quântica multiplex de subportadora (SCM-QKD) por subcarrier de fótons de microondas multiplexador em um sistema de distribuição de chaves quânticas (QKD). Isso permite que várias teclas quânticas independentes sejam transmitidas em um único comprimento de onda da luz, aumentando assim a eficiência espectral.
A Figura 2 mostra o conceito e os resultados experimentais do sistema SCM-QKD duplo portador:

Embora a tecnologia quântica de fotônicas de microondas seja promissora, ainda existem alguns desafios:
1 Capacidade limitada em tempo real: o sistema atual requer muito tempo de acumulação para reconstruir o sinal.
2. Dificuldade em lidar com sinais de explosão/único: a natureza estatística da reconstrução limita sua aplicabilidade a sinais não repetidos.
3. Converta em uma forma de onda de microondas real: são necessárias etapas adicionais para converter o histograma reconstruído em uma forma de onda utilizável.
4. Características do dispositivo: é necessário um estudo mais aprofundado do comportamento de dispositivos fotônicos quânticos e de microondas em sistemas combinados.
5. Integração: A maioria dos sistemas hoje usa componentes discretos volumosos.

Para enfrentar esses desafios e avançar no campo, estão surgindo várias instruções promissoras de pesquisa:
1. Desenvolva novos métodos para processamento de sinal em tempo real e detecção única.
2. Explore novas aplicações que utilizam alta sensibilidade, como a medição da microesfera líquida.
3. Passe a realização de fótons e elétrons integrados para reduzir o tamanho e a complexidade.
4. Estude a interação aprimorada de matéria de luz em circuitos fotônicos de microondas quânticos integrados.
5. Combine a tecnologia quântica de fótons de microondas com outras tecnologias quânticas emergentes.