Penerapan teknologi fotonik gelombang mikro kuantum

Aplikasi kuantumteknologi fotonik gelombang mikro

Deteksi sinyal lemah
Salah satu aplikasi teknologi fotonik gelombang mikro kuantum yang paling menjanjikan adalah pendeteksian sinyal gelombang mikro/RF yang sangat lemah. Dengan memanfaatkan deteksi foton tunggal, sistem ini jauh lebih sensitif daripada metode tradisional. Sebagai contoh, para peneliti telah mendemonstrasikan sistem fotonik gelombang mikro kuantum yang dapat mendeteksi sinyal serendah -112,8 dBm tanpa amplifikasi elektronik apa pun. Sensitivitas ultra-tinggi ini menjadikannya ideal untuk aplikasi seperti komunikasi luar angkasa.

Fotonik gelombang mikropemrosesan sinyal
Fotonik gelombang mikro kuantum juga menerapkan fungsi pemrosesan sinyal bandwidth tinggi seperti pergeseran fasa dan penyaringan. Dengan menggunakan elemen optik dispersif dan menyesuaikan panjang gelombang cahaya, para peneliti menunjukkan fakta bahwa pergeseran fasa RF dapat mencapai bandwidth penyaringan RF hingga 8 GHz. Yang terpenting, semua fitur ini dicapai menggunakan elektronik 3 GHz, yang menunjukkan bahwa kinerjanya melampaui batas bandwidth tradisional.

Pemetaan frekuensi non-lokal ke waktu
Salah satu kemampuan menarik yang dihasilkan oleh keterikatan kuantum adalah pemetaan frekuensi non-lokal terhadap waktu. Teknik ini dapat memetakan spektrum sumber foton tunggal yang dipompa gelombang kontinu ke domain waktu di lokasi yang jauh. Sistem ini menggunakan pasangan foton terjerat di mana satu berkas melewati filter spektral dan berkas lainnya melewati elemen dispersif. Karena ketergantungan frekuensi foton terjerat, mode penyaringan spektral dipetakan secara non-lokal ke domain waktu.
Gambar 1 mengilustrasikan konsep ini:

Metode ini dapat mencapai pengukuran spektral yang fleksibel tanpa secara langsung memanipulasi sumber cahaya yang diukur.

Penginderaan terkompresi
Kuantumgelombang mikro optikTeknologi ini juga menyediakan metode baru untuk penginderaan terkompresi sinyal pita lebar. Dengan memanfaatkan keacakan yang melekat dalam deteksi kuantum, para peneliti telah mendemonstrasikan sistem penginderaan terkompresi kuantum yang mampu memulihkanFrekuensi radio 10 GHzSpektrum. Sistem memodulasi sinyal RF ke keadaan polarisasi foton koheren. Deteksi foton tunggal kemudian menyediakan matriks pengukuran acak alami untuk penginderaan terkompresi. Dengan cara ini, sinyal pita lebar dapat dipulihkan pada laju pengambilan sampel Yarnyquist.

Distribusi kunci kuantum
Selain meningkatkan aplikasi fotonik gelombang mikro tradisional, teknologi kuantum juga dapat meningkatkan sistem komunikasi kuantum seperti distribusi kunci kuantum (QKD). Para peneliti mendemonstrasikan distribusi kunci kuantum multipleks subpembawa (SCM-QKD) dengan memultipleks subpembawa foton gelombang mikro ke dalam sistem distribusi kunci kuantum (QKD). Hal ini memungkinkan beberapa kunci kuantum independen untuk ditransmisikan melalui satu panjang gelombang cahaya, sehingga meningkatkan efisiensi spektral.
Gambar 2 menunjukkan konsep dan hasil eksperimen sistem SCM-QKD pembawa ganda:

Meskipun teknologi fotonik gelombang mikro kuantum menjanjikan, masih ada beberapa tantangan:
1. Kemampuan waktu nyata terbatas: Sistem saat ini membutuhkan banyak waktu akumulasi untuk merekonstruksi sinyal.
2. Kesulitan menangani sinyal tunggal/bercabang: Sifat statistik rekonstruksi membatasi penerapannya pada sinyal yang tidak berulang.
3. Ubah ke bentuk gelombang gelombang mikro nyata: Langkah tambahan diperlukan untuk mengubah histogram yang direkonstruksi menjadi bentuk gelombang yang dapat digunakan.
4. Karakteristik perangkat: Diperlukan studi lebih lanjut tentang perilaku perangkat fotonik kuantum dan gelombang mikro dalam sistem gabungan.
5. Integrasi: Sebagian besar sistem saat ini menggunakan komponen-komponen diskret yang besar.

Untuk mengatasi tantangan ini dan memajukan bidang ini, sejumlah arah penelitian yang menjanjikan muncul:
1. Mengembangkan metode baru untuk pemrosesan sinyal waktu nyata dan deteksi tunggal.
2. Jelajahi aplikasi baru yang memanfaatkan sensitivitas tinggi, seperti pengukuran mikrosfer cair.
3. Mengejar realisasi foton dan elektron terintegrasi untuk mengurangi ukuran dan kompleksitas.
4. Mempelajari peningkatan interaksi cahaya-materi dalam sirkuit fotonik gelombang mikro kuantum terintegrasi.
5. Menggabungkan teknologi foton gelombang mikro kuantum dengan teknologi kuantum baru lainnya.