Aplicación de la tecnología fotónica cuántica de microondas.

Aplicación de la cuánticatecnología fotónica de microondas

Detección de señal débil
Una de las aplicaciones más prometedoras de la tecnología de fotónica cuántica de microondas es la detección de señales de microondas/RF extremadamente débiles. Al utilizar la detección de fotón único, 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 ultraalta lo hace ideal para aplicaciones como las comunicaciones en el espacio profundo.

Fotónica de microondasprocesamiento de señal
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. Utilizando un elemento óptico dispersivo y ajustando la longitud de onda de la luz, los investigadores demostraron el hecho de que la fase de RF cambia hasta 8 GHz y filtra anchos de banda de hasta 8 GHz. Es importante destacar que todas estas características se logran utilizando componentes electrónicos de 3 GHz, lo que demuestra que el rendimiento supera los límites de ancho de banda tradicionales.

Mapeo no local de frecuencia a tiempo
Una capacidad interesante generada por el entrelazamiento cuántico es la correspondencia de la frecuencia no local con el tiempo. Esta técnica puede mapear el espectro de una fuente de fotón único bombeada de onda continua a un dominio de tiempo en una ubicación remota. El sistema utiliza pares de fotones entrelazados 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 la frecuencia de los fotones entrelazados, 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
Cuánticomicroondas ópticoLa 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 cuántico comprimido capaz de recuperarRF 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 forma, la señal de banda ancha se puede restaurar a la frecuencia de muestreo de Yarnyquist.

Distribución de claves cuánticas
Además de mejorar las aplicaciones fotónicas de microondas tradicionales, la tecnología cuántica también puede mejorar los sistemas de comunicación cuántica, como la distribución de claves cuánticas (QKD). Los investigadores demostraron la distribución de claves cuánticas multiplexadas de subportadoras (SCM-QKD) multiplexando la subportadora de fotones de microondas en un sistema de distribución de claves cuánticas (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 de fotónica cuántica de microondas es prometedora, todavía quedan 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 únicas o en ráfagas: la naturaleza estadística de la reconstrucción limita su aplicabilidad a señales que no se repiten.
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: Es necesario seguir estudiando 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 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. Explorar nuevas aplicaciones que utilicen alta sensibilidad, como la medición de microesferas líquidas.
3. Proseguir 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 cuántica de fotones de microondas con otras tecnologías cuánticas emergentes.