Aplicación de la tecnología de fotónica de microondas cuánticas

Aplicación de QuantumTecnología de fotónica de microondas

Detección de señal débil
Una de las aplicaciones más prometedoras de la tecnología Quantum Microondave Photonics 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 de microondas cuántico que puede detectar señales tan bajas como -112.8 dBm sin ninguna amplificación electrónica. Esta sensibilidad ultra alta lo hace ideal para aplicaciones como las comunicaciones de espacio profundo.

Fotónica de microondasprocesamiento de señal
La fotónica de microondas cuánticas también implementa funciones de procesamiento de señal de ancho de banda alto, como el cambio de fase y el filtrado. Al usar un elemento óptico dispersivo y ajustar la longitud de onda de la luz, los investigadores demostraron el hecho de que la fase de RF cambia hasta 8 GHz RF Filtrando anchos de banda de hasta 8 GHz. Es importante destacar que todas estas características se logran utilizando electrónica de 3 GHz, lo que muestra que el rendimiento excede los límites tradicionales de ancho de banda

Frecuencia no local para mapeo de tiempo
Una capacidad interesante provocada por el enredo cuántico es el mapeo de frecuencia no local a tiempo. Esta técnica puede asignar el espectro de una fuente de fotón de una sola onda continua a un dominio de tiempo en una ubicación remota. El sistema utiliza pares de fotones enredados en los que un haz pasa a través de un filtro espectral y el otro pasa a través de un elemento dispersivo. Debido a la dependencia de frecuencia de los fotones enredados, el modo de filtrado espectral se asigna de forma no local al dominio del tiempo.
La Figura 1 ilustra este concepto:

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

Detección comprimida
Cuánticoóptico de microondasLa tecnología también proporciona un nuevo método para la detección comprimida de las señales de banda ancha. Usando la aleatoriedad inherente a la detección cuántica, los investigadores han demostrado un sistema de detección comprimido cuántico capaz de recuperarseRF de 10 GHzespectros. El sistema modula la señal de RF al estado de polarización del fotón coherente. La detección de fotones unifonos proporciona una matriz de medición aleatoria natural para la detección comprimida. De esta manera, la señal de banda ancha se puede restaurar a la velocidad de muestreo Yarnyquist.

Distribución de clave cuántica
Además de mejorar las aplicaciones fotónicas tradicionales de microondas, la tecnología cuántica también puede mejorar los sistemas de comunicación cuántica, como la distribución de clave cuántica (QKD). Los investigadores demostraron la distribución de clave cuántica multiplex de subportier (SCM-QKD) multiplexando la subportadora de fotones de microondas en un sistema de distribución de clave cuántica (QKD). Esto permite transmitir múltiples teclas cuánticas independientes a través de 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 de fotónica de microondas cuánticas es prometedora, todavía hay algunos desafíos:
1. Capacidad limitada en tiempo real: el sistema actual requiere mucho tiempo de acumulación para reconstruir la señal.
2. Dificultad para tratar con señales de ráfaga/simple: la naturaleza estadística de la reconstrucción limita su aplicabilidad a las señales no repetidas.
3. Convierta 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 más estudio del comportamiento de los dispositivos fotónicos cuánticos y de microondas en sistemas combinados.
5. Integración: la mayoría de los sistemas hoy usan componentes discretos voluminosos.

Para abordar estos desafíos y avanzar en el campo, están surgiendo una serie de direcciones de investigación prometedoras:
1. Desarrollar nuevos métodos para el procesamiento de señales en tiempo real y la detección única.
2. Explore nuevas aplicaciones que utilizan alta sensibilidad, como la medición de la microesfera líquida.
3. Poner la realización de fotones y electrones integrados para reducir el tamaño y la complejidad.
4. Estudie la interacción mejorada de luz de luz en circuitos fotónicos de microondas cuánticos integrados.
5. Combine la tecnología de fotones de microondas cuánticos con otras tecnologías cuánticas emergentes.