Toepassing van kwantummicrogolffotonicatechnologie
Detectie van zwakke signalen
Een van de meest veelbelovende toepassingen van kwantummicrogolffotonica is de detectie van extreem zwakke microgolf-/RF-signalen. Door gebruik te maken van detectie met één foton zijn deze systemen veel gevoeliger dan traditionele methoden. Zo hebben de onderzoekers een kwantummicrogolffotonisch systeem gedemonstreerd dat signalen tot -112,8 dBm kan detecteren zonder elektronische versterking. Deze ultrahoge gevoeligheid maakt het ideaal voor toepassingen zoals diepe ruimtecommunicatie.
Microgolffotonicasignaalverwerking
Quantummicrogolffotonica implementeert ook signaalverwerkingsfuncties met hoge bandbreedte, zoals faseverschuiving en filtering. Door een dispersief optisch element te gebruiken en de golflengte van het licht aan te passen, toonden de onderzoekers aan dat RF-faseverschuivingen tot 8 GHz mogelijk zijn en RF-filterbandbreedtes tot 8 GHz. Belangrijk is dat al deze functies worden bereikt met behulp van 3 GHz-elektronica, wat aantoont dat de prestaties de traditionele bandbreedtelimieten overtreffen.
Niet-lokale frequentie-naar-tijd mapping
Een interessante mogelijkheid die kwantumverstrengeling biedt, is de mapping van niet-lokale frequentie naar tijd. Deze techniek kan het spectrum van een continu-golf gepompte enkelvoudige fotonbron mapping naar een tijdsdomein op een afgelegen locatie. Het systeem maakt gebruik van verstrengelde fotonenparen waarbij de ene bundel door een spectraalfilter gaat en de andere door een dispersief element. Vanwege de frequentieafhankelijkheid van verstrengelde fotonen wordt de spectrale filtermodus niet-lokaal gemapt naar het tijdsdomein.
Figuur 1 illustreert dit concept:
Met deze methode kunnen flexibele spectrale metingen worden uitgevoerd zonder de gemeten lichtbron rechtstreeks te manipuleren.
Gecomprimeerde detectie
Quantummicrogolf optischeDe technologie biedt ook een nieuwe methode voor het gecomprimeerd detecteren van breedbandsignalen. Door gebruik te maken van de willekeur die inherent is aan kwantumdetectie, hebben onderzoekers een gecomprimeerd detectiesysteem met kwantumcompressie gedemonstreerd dat in staat is om signalen te herstellen.10 GHz RFspectra. Het systeem moduleert het RF-signaal naar de polarisatietoestand van het coherente foton. Detectie van één foton levert vervolgens een natuurlijke, willekeurige meetmatrix op voor gecomprimeerde detectie. Op deze manier kan het breedbandsignaal worden hersteld met de Yarnyquist-bemonsteringsfrequentie.
Quantum sleuteldistributie
Naast het verbeteren van traditionele microgolffotonische toepassingen, kan quantumtechnologie ook quantumcommunicatiesystemen verbeteren, zoals quantum key distribution (QKD). De onderzoekers demonstreerden subcarrier multiplex quantum key distribution (SCM-QKD) door microgolffotonen als subdragers te multiplexen op een quantum key distribution (QKD)-systeem. Dit maakt het mogelijk om meerdere onafhankelijke quantumsleutels over één golflengte van licht te verzenden, waardoor de spectrale efficiëntie toeneemt.
Figuur 2 toont het concept en de experimentele resultaten van het dual-carrier SCM-QKD-systeem:
Hoewel de technologie van kwantummicrogolffotonica veelbelovend is, zijn er nog steeds enkele uitdagingen:
1. Beperkte real-time mogelijkheden: Het huidige systeem heeft veel accumulatietijd nodig om het signaal te reconstrueren.
2. Moeilijkheden bij het omgaan met burst-/enkele signalen: De statistische aard van de reconstructie beperkt de toepasbaarheid ervan op niet-herhalende signalen.
3. Converteren naar een echte microgolfgolfvorm: Er zijn aanvullende stappen nodig om het gereconstrueerde histogram om te zetten in een bruikbare golfvorm.
4. Kenmerken van het apparaat: Er is verder onderzoek nodig naar het gedrag van kwantum- en microgolffotonische apparaten in gecombineerde systemen.
5. Integratie: De meeste systemen gebruiken tegenwoordig omvangrijke, afzonderlijke componenten.
Om deze uitdagingen aan te pakken en het vakgebied vooruit te helpen, ontstaan er een aantal veelbelovende onderzoeksrichtingen:
1. Ontwikkel nieuwe methoden voor realtime signaalverwerking en individuele detectie.
2. Ontdek nieuwe toepassingen die gebruikmaken van een hoge gevoeligheid, zoals het meten van vloeibare microbolletjes.
3. Streef naar de realisatie van geïntegreerde fotonen en elektronen om de omvang en complexiteit te verminderen.
4. Bestudeer de verbeterde interactie tussen licht en materie in geïntegreerde kwantummicrogolf-fotonische circuits.
5. Combineer kwantummicrogolffotonentechnologie met andere opkomende kwantumtechnologieën.
Plaatsingstijd: 02-09-2024