Penerapan kuantumteknologi fotonik gelombang mikro
Deteksi sinyal lemah
Salah satu aplikasi paling menjanjikan dari teknologi fotonik gelombang mikro kuantum adalah deteksi sinyal gelombang mikro/RF yang sangat lemah. Dengan memanfaatkan deteksi foton tunggal, sistem ini jauh lebih sensitif daripada metode tradisional. Misalnya, para peneliti telah mendemonstrasikan sistem fotonik gelombang mikro kuantum yang dapat mendeteksi sinyal serendah -112,8 dBm tanpa penguatan 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 mendemonstrasikan fakta bahwa pergeseran fasa RF hingga 8 GHz dan bandwidth penyaringan RF hingga 8 GHz. Yang penting, 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 keter entanglement kuantum adalah pemetaan frekuensi non-lokal ke 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 terentangled di mana satu berkas melewati filter spektral dan yang lainnya melewati elemen pendispersi. Karena ketergantungan frekuensi foton terentangled, mode penyaringan spektral dipetakan secara non-lokal ke domain waktu.
Gambar 1 mengilustrasikan konsep ini:
Metode ini dapat menghasilkan pengukuran spektral yang fleksibel tanpa memanipulasi sumber cahaya yang diukur secara langsung.
Penginderaan terkompresi
Kuantumoptik gelombang mikroTeknologi ini juga menyediakan metode baru untuk penginderaan terkompresi sinyal pita lebar. Dengan menggunakan keacakan yang melekat pada deteksi kuantum, para peneliti telah mendemonstrasikan sistem penginderaan terkompresi kuantum yang mampu memulihkanRF 10 GHzspektrum. Sistem ini 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 subcarrier (SCM-QKD) dengan memultipleks foton gelombang mikro subcarrier 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 dari sistem SCM-QKD dual-carrier:
Meskipun teknologi fotonik gelombang mikro kuantum menjanjikan, masih ada beberapa tantangan:
1. Kemampuan waktu nyata yang terbatas: Sistem saat ini membutuhkan banyak waktu akumulasi untuk merekonstruksi sinyal.
2. Kesulitan menangani sinyal burst/tunggal: Sifat statistik dari rekonstruksi membatasi penerapannya pada sinyal yang tidak berulang.
3. Konversi ke bentuk gelombang mikro yang sebenarnya: Langkah tambahan diperlukan untuk mengubah histogram yang direkonstruksi menjadi bentuk gelombang yang dapat digunakan.
4. Karakteristik perangkat: Studi lebih lanjut tentang perilaku perangkat fotonik kuantum dan gelombang mikro dalam sistem gabungan masih diperlukan.
5. Integrasi: Sebagian besar sistem saat ini menggunakan komponen diskrit yang besar.
Untuk mengatasi tantangan ini dan memajukan bidang ini, sejumlah arah penelitian yang menjanjikan mulai 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.
Waktu posting: 02-Sep-2024