Penerapan teknologi fotonik gelombang mikro kuantum

Penerapan kuantumteknologi fotonik gelombang mikro

Deteksi sinyal lemah
Salah satu aplikasi paling menjanjikan dari teknologi fotonik gelombang mikro kuantum adalah pendeteksian sinyal gelombang mikro/RF yang sangat lemah. Dengan memanfaatkan deteksi foton tunggal, sistem ini jauh lebih sensitif dibandingkan metode tradisional. Misalnya, 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 membuatnya ideal untuk aplikasi seperti komunikasi luar angkasa.

Fotonik gelombang mikropemrosesan sinyal
Fotonik gelombang mikro kuantum juga mengimplementasikan fungsi pemrosesan sinyal bandwidth tinggi seperti pergeseran fasa dan pemfilteran. Dengan menggunakan elemen optik dispersif dan menyesuaikan panjang gelombang cahaya, para peneliti menunjukkan fakta bahwa fase RF bergeser hingga 8 GHz, bandwidth penyaringan RF hingga 8 GHz. Yang penting, semua fitur ini dicapai dengan menggunakan elektronik 3 GHz, yang menunjukkan bahwa kinerjanya melebihi batas bandwidth tradisional

Pemetaan frekuensi ke waktu non-lokal
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 terpencil. 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 memanipulasi sumber cahaya yang diukur secara langsung.

Penginderaan terkompresi
Kuantumoptik gelombang mikroteknologi juga menyediakan metode baru untuk penginderaan terkompresi sinyal broadband. Dengan menggunakan keacakan yang melekat dalam deteksi kuantum, para peneliti telah mendemonstrasikan sistem penginderaan terkompresi kuantum yang mampu melakukan pemulihan10GHz RFspektrum. 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 broadband dapat dipulihkan pada tingkat 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 menggandakan subcarrier foton gelombang mikro ke sistem distribusi kunci kuantum (QKD). Hal ini memungkinkan beberapa kunci kuantum independen ditransmisikan melalui satu panjang gelombang cahaya, sehingga meningkatkan efisiensi spektral.
Gambar 2 menunjukkan konsep dan hasil eksperimen sistem dual-carrier SCM-QKD:

Meskipun teknologi fotonik gelombang mikro kuantum menjanjikan, masih terdapat beberapa tantangan:
1. Kemampuan real-time yang terbatas: Sistem saat ini memerlukan 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: Diperlukan langkah tambahan 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: Kebanyakan sistem saat ini menggunakan komponen diskrit yang besar.

Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini dan memajukan bidang ini, sejumlah arah penelitian yang menjanjikan bermunculan:
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. Mengupayakan realisasi foton dan elektron yang terintegrasi untuk mengurangi ukuran dan kompleksitas.
4. Pelajari peningkatan interaksi materi cahaya dalam sirkuit fotonik gelombang mikro kuantum terintegrasi.
5. Menggabungkan teknologi foton gelombang mikro kuantum dengan teknologi kuantum baru lainnya.