Прымяненне тэхналогіі квантавай мікрахвалевай фатонікі

Прымяненне кванттэхналогіі мікрахвалевай фатонікі

Выяўленне слабога сігналу
Адным з найбольш перспектыўных прымянення тэхналогіі квантавай мікрахвалевай фатонікі з'яўляецца выяўленне надзвычай слабых мікрахвалевых/ВЧ сігналаў. Выкарыстоўваючы выяўленне аднаго фатона, гэтыя сістэмы значна больш адчувальныя, чым традыцыйныя метады. Напрыклад, даследчыкі прадэманстравалі квантавую мікрахвалевую фатонную сістэму, якая можа выяўляць сігналы да -112,8 дБм без электроннага ўзмацнення. Такая звышвысокая адчувальнасць робіць яго ідэальным для такіх прыкладанняў, як сувязь у далёкім космасе.

Мікрахвалевая фатонікаапрацоўка сігналу
Квантавая мікрахвалевая фатоніка таксама рэалізуе функцыі апрацоўкі сігналаў з высокай прапускной здольнасцю, такія як зрух фазы і фільтраванне. Выкарыстоўваючы дысперсійны аптычны элемент і рэгулюючы даўжыню хвалі святла, даследчыкі прадэманстравалі той факт, што радыёчастотныя зрухі па фазе да 8 ГГц фільтруюць паласу радыёчастот да 8 ГГц. Важна адзначыць, што ўсе гэтыя характарыстыкі дасягаюцца з выкарыстаннем электронікі 3 ГГц, што паказвае, што прадукцыйнасць перавышае традыцыйныя абмежаванні паласы прапускання

Адлюстраванне нелакальнай частаты і часу
Адна цікавая магчымасць, выкліканая квантавай заблытанасцю, - гэта адлюстраванне нелакальнай частаты ў часе. Гэты метад можа супаставіць спектр аднафатоннай крыніцы бесперапыннай хвалі з накачкай у часовую вобласць у аддаленым месцы. Сістэма выкарыстоўвае заблытаныя пары фатонаў, у якіх адзін прамень праходзіць праз спектральны фільтр, а другі - праз дысперсійны элемент. З-за частатнай залежнасці заблытаных фатонаў рэжым спектральнай фільтрацыі адлюстроўваецца нелакальна ў часовай вобласці.
Малюнак 1 ілюструе гэтую канцэпцыю:

Гэты метад дазваляе дасягнуць гнуткага спектральнага вымярэння без непасрэднага маніпулявання вымеранай крыніцай святла.

Сціснутае зандзіраванне
КвантаваяЗВЧ аптычнытэхналогія таксама забяспечвае новы метад для сціснутага зандзіравання шырокапалосных сігналаў. Выкарыстоўваючы выпадковасць, уласцівую квантаваму выяўленню, даследчыкі прадэманстравалі сістэму квантавага сціснутага зандзіравання, здольную аднаўляць10 ГГц РЧспектры. Сістэма мадулюе радыёчастотны сігнал да стану палярызацыі кагерэнтнага фатона. Затым выяўленне аднаго фатона забяспечвае натуральную матрыцу выпадковых вымярэнняў для сціснутага зандзіравання. Такім чынам, шырокапалосны сігнал можа быць адноўлены з частатой дыскрэтызацыі Ярніквіста.

Квантавае размеркаванне ключоў
У дадатак да паляпшэння традыцыйных мікрахвалевых фатонных прыкладанняў, квантавая тэхналогія можа таксама палепшыць сістэмы квантавай сувязі, такія як квантавае размеркаванне ключоў (QKD). Даследчыкі прадэманстравалі мультыплекснае квантавае размеркаванне ключоў па паднясучай (SCM-QKD) шляхам мультыплексавання паднясучай мікрахвалевых фатонаў у сістэму квантавага размеркавання ключоў (QKD). Гэта дазваляе перадаваць некалькі незалежных квантавых ключоў на адной даўжыні хвалі святла, тым самым павялічваючы спектральную эфектыўнасць.
На малюнку 2 паказаны канцэпцыя і эксперыментальныя вынікі сістэмы SCM-QKD з двума нясучымі:

Хоць тэхналогія квантавай мікрахвалевай фатонікі з'яўляецца перспектыўнай, усё яшчэ ёсць некаторыя праблемы:
1. Абмежаваная магчымасць працы ў рэжыме рэальнага часу: цяперашняя сістэма патрабуе шмат часу для аднаўлення сігналу.
2. Цяжкасці працы з пакетнымі/адзінкавымі сігналамі: статыстычны характар ​​рэканструкцыі абмяжоўвае яе дастасавальнасць да непаўтаральных сігналаў.
3. Пераўтварэнне ў рэальную мікрахвалевую форму сігналу: неабходныя дадатковыя крокі для пераўтварэння рэканструяванай гістаграмы ў прыдатную для выкарыстання форму сігналу.
4. Характарыстыкі прылады: неабходна далейшае вывучэнне паводзін квантавых і мікрахвалевых фатонных прылад у камбінаваных сістэмах.
5. Інтэграцыя: большасць сучасных сістэм выкарыстоўваюць аб'ёмныя дыскрэтныя кампаненты.

Каб вырашыць гэтыя праблемы і прасунуць поле, з'яўляецца шэраг перспектыўных напрамкаў даследаванняў:
1. Распрацаваць новыя метады апрацоўкі сігналаў у рэжыме рэальнага часу і адзінкавага выяўлення.
2. Даследуйце новыя прыкладанні, якія выкарыстоўваюць высокую адчувальнасць, такія як вымярэнне вадкіх мікрасфер.
3. Працягнуць рэалізацыю інтэграваных фатонаў і электронаў, каб паменшыць памер і складанасць.
4. Вывучыце ўзмоцненае ўзаемадзеянне святла і рэчыва ў інтэграваных квантавых мікрахвалевых фатонных схемах.
5. Аб'яднайце тэхналогію квантавых мікрахвалевых фатонаў з іншымі новымі квантавымі тэхналогіямі.