Aplicación de la tecnología fotónica de microondas cuántica

Aplicación de la cuánticatecnología fotónica de microondas

Detección de señal débil
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 que puede detectar señales de hasta -112,8 dBm sin amplificación electrónica. Esta altísima sensibilidad 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 alto ancho de banda, como el desplazamiento de fase y el filtrado. Mediante un elemento óptico dispersivo y el ajuste de la longitud de onda de la luz, los investigadores demostraron que los desplazamientos de fase de RF alcanzan anchos de banda de filtrado de RF de hasta 8 GHz. Cabe destacar que todas estas características se logran utilizando electrónica de 3 GHz, lo que demuestra que el rendimiento supera los límites de ancho de banda tradicionales.

Mapeo de frecuencia no local a tiempo
Una capacidad interesante que ofrece el entrelazamiento cuántico es la asignación de frecuencias no locales al tiempo. Esta técnica permite asignar el espectro de una fuente monofotónica bombeada por onda continua a un dominio temporal en una ubicación remota. El sistema utiliza pares de fotones entrelazados, en los que un haz pasa por un filtro espectral y el otro por un elemento dispersivo. Debido a la dependencia de la frecuencia de los fotones entrelazados, el modo de filtrado espectral se asigna de forma no local al dominio temporal.
La figura 1 ilustra este concepto:

Este método puede lograr una medición espectral flexible sin manipular directamente la fuente de luz medida.

Detección comprimida
Cuánticoóptica de microondasLa tecnología también proporciona un nuevo método para la detección comprimida de señales de banda ancha. Utilizando la aleatoriedad inherente a la detección cuántica, los investigadores han demostrado un sistema de detección comprimida cuántica capaz de recuperar...Radiofrecuencia de 10 GHzEspectros. El sistema modula la señal de RF al estado de polarización del fotón coherente. La detección de fotón único proporciona una matriz de medición aleatoria natural para la detección comprimida. De esta manera, la señal de banda ancha puede restaurarse a la frecuencia de muestreo de Yarnyquist.

Distribución de claves cuánticas
Además de optimizar las aplicaciones fotónicas de microondas tradicionales, la tecnología cuántica también puede optimizar los sistemas de comunicación cuántica, como la distribución de claves cuánticas (QKD). Los investigadores demostraron la distribución de claves cuánticas multiplexada por subportadoras (SCM-QKD) mediante la multiplexación de subportadoras de fotones de microondas en un sistema de distribución de claves cuánticas (QKD). Esto permite la transmisión de múltiples claves cuánticas independientes en una sola 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 de microondas cuántica 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 únicas o en ráfagas: la naturaleza estadística de la reconstrucción limita su aplicabilidad a señales que no se repiten.
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 necesitan más estudios sobre el comportamiento de los dispositivos fotónicos cuánticos y de microondas en sistemas combinados.
5. Integración: la mayoría de los sistemas actuales utilizan componentes discretos y voluminosos.

Para abordar estos desafíos y hacer avanzar el campo, están surgiendo varias direcciones de investigación prometedoras:
1. Desarrollar nuevos métodos para el procesamiento de señales en tiempo real y la detección única.
2. Explorar nuevas aplicaciones que utilicen alta sensibilidad, como la medición de microesferas líquidas.
3. Perseguir 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 cuánticos con otras tecnologías cuánticas emergentes.