Aplicación de la tecnología fotónica de microondas cuánticas

Aplicación de la mecánica cuánticatecnología fotónica de microondas

detección de señales débiles
Una de las aplicaciones más prometedoras de la tecnología fotónica cuántica de microondas es la detección de señales de microondas/RF extremadamente débiles. Al utilizar la detección de fotones individuales, estos sistemas son mucho más sensibles que los métodos tradicionales. Por ejemplo, los investigadores han demostrado un sistema fotónico cuántico de microondas capaz de detectar señales de hasta -112,8 dBm sin amplificación electrónica. Esta ultrasensibilidad lo hace ideal para aplicaciones como las comunicaciones en el espacio profundo.

fotónica de microondasprocesamiento de señales
La fotónica cuántica de microondas también implementa funciones de procesamiento de señales de gran ancho de banda, como el desplazamiento de fase y el filtrado. Mediante el uso de un elemento óptico dispersivo y el ajuste de la longitud de onda de la luz, los investigadores demostraron que se pueden lograr desplazamientos de fase de radiofrecuencia (RF) de hasta 8 GHz y anchos de banda de filtrado de RF de hasta 8 GHz. Cabe destacar que todas estas características se consiguen utilizando electrónica de 3 GHz, lo que demuestra que el rendimiento supera los límites de ancho de banda tradicionales.

Mapeo de frecuencia a tiempo no local
Una interesante capacidad que ofrece el entrelazamiento cuántico es la conversión de la frecuencia al tiempo en una dimensión temporal no local. Esta técnica permite mapear el espectro de una fuente de fotones individuales bombeada por onda continua al dominio temporal en una ubicación remota. El sistema utiliza pares de fotones entrelazados, donde un haz atraviesa un filtro espectral y el otro, un elemento dispersivo. Debido a la dependencia frecuencial de los fotones entrelazados, el modo de filtrado espectral se convierte en una conversión temporal no local.
La figura 1 ilustra este concepto:

Este método permite realizar mediciones espectrales flexibles sin manipular directamente la fuente de luz medida.

detección comprimida
Cuánticoóptica de microondasEsta tecnología también proporciona un nuevo método para la detección comprimida de señales de banda ancha. Aprovechando la aleatoriedad inherente a la detección cuántica, los investigadores han demostrado un sistema de detección comprimida cuántica capaz de recuperarRadiofrecuencia de 10 GHzEl sistema modula la señal de radiofrecuencia (RF) según el estado de polarización del fotón coherente. La detección de fotones individuales proporciona una matriz de medición aleatoria natural para la detección comprimida. De esta forma, la señal de banda ancha se puede recuperar a la frecuencia de muestreo de Yarnyquist.

distribución de claves cuánticas
Además de potenciar las aplicaciones fotónicas de microondas tradicionales, la tecnología cuántica también puede mejorar los sistemas de comunicación cuántica, como la distribución cuántica de claves (QKD). Los investigadores demostraron la distribución cuántica de claves por multiplexación de subportadoras (SCM-QKD) mediante la multiplexación de fotones de microondas en subportadoras sobre un sistema de distribución cuántica de claves (QKD). Esto permite transmitir múltiples claves cuánticas independientes a través de una única longitud de onda de luz, aumentando así la eficiencia espectral.
La figura 2 muestra el concepto y los resultados experimentales del sistema SCM-QKD de doble portadora:

Aunque la tecnología fotónica cuántica de microondas es prometedora, aún existen algunos desafíos:
1. Capacidad limitada en tiempo real: El sistema actual requiere mucho tiempo de acumulación para reconstruir la señal.
2. Dificultad para manejar señales de ráfaga/únicas: La naturaleza estadística de la reconstrucción limita su aplicabilidad a señales no repetitivas.
3. Convertir a una forma de onda de microondas real: Se requieren pasos adicionales para convertir el histograma reconstruido en una forma de onda utilizable.
4. Características del dispositivo: Se necesita un estudio más profundo del comportamiento de los dispositivos fotónicos cuánticos y de microondas en sistemas combinados.
5. Integración: La mayoría de los sistemas actuales utilizan componentes discretos voluminosos.

Para abordar estos desafíos y hacer avanzar el campo, están surgiendo varias líneas de investigación prometedoras:
1. Desarrollar nuevos métodos para el procesamiento de señales en tiempo real y la detección individual.
2. Explorar nuevas aplicaciones que utilicen alta sensibilidad, como la medición de microesferas líquidas.
3. Buscar la realización de fotones y electrones integrados para reducir el tamaño y la complejidad.
4. Estudiar la interacción mejorada luz-materia en circuitos fotónicos de microondas cuánticos integrados.
5. Combinar la tecnología de fotones de microondas cuánticas con otras tecnologías cuánticas emergentes.