Matumizi ya teknolojia ya fotoniki ya microwave ya quantum

Matumizi ya quantumteknolojia ya upigaji picha kwenye microwave

Ugunduzi dhaifu wa ishara
Mojawapo ya matumizi yenye matumaini zaidi ya teknolojia ya fotoniki za microwave ya quantum ni kugundua ishara dhaifu sana za microwave/RF. Kwa kutumia ugunduzi wa fotoni moja, mifumo hii ni nyeti zaidi kuliko mbinu za kitamaduni. Kwa mfano, watafiti wameonyesha mfumo wa fotoniki za microwave ya quantum ambao unaweza kugundua ishara za chini kama -112.8 dBm bila ukuzaji wowote wa kielektroniki. Unyeti huu wa juu sana unaufanya uwe bora kwa matumizi kama vile mawasiliano ya nafasi ya kina.

Picha za maikroweviusindikaji wa mawimbi
Fonetiki za microwave za quantum pia hutekeleza kazi za usindikaji wa mawimbi ya kipimo data cha juu kama vile kuhama kwa awamu na kuchuja. Kwa kutumia kipengele cha macho kinachotawanya na kurekebisha urefu wa wimbi la mwanga, watafiti walionyesha ukweli kwamba awamu ya RF huhama hadi upana wa data wa kuchuja RF wa GHz 8 hadi GHz 8. Muhimu zaidi, vipengele hivi vyote vinafikiwa kwa kutumia vifaa vya elektroniki vya GHz 3, ambayo inaonyesha kwamba utendaji unazidi mipaka ya kawaida ya upana data.

Ramani ya muda isiyo ya kawaida
Uwezo mmoja wa kuvutia unaoletwa na mtatizo wa kwantumu ni uchoraji ramani wa masafa yasiyo ya ndani na wakati. Mbinu hii inaweza kuchora wigo wa chanzo cha fotoni moja kinachosukumwa na wimbi linaloendelea hadi kwenye kikoa cha wakati katika eneo la mbali. Mfumo hutumia jozi za fotoni zilizounganishwa ambapo boriti moja hupitia kichujio cha spektrali na nyingine hupitia kipengele kinachotawanya. Kutokana na utegemezi wa masafa wa fotoni zilizounganishwa, hali ya kuchuja spektrali hupangwa bila ndani na kikoa cha wakati.
Mchoro 1 unaonyesha dhana hii:

Njia hii inaweza kufikia kipimo cha spektra kinachonyumbulika bila kudhibiti moja kwa moja chanzo cha mwanga kilichopimwa.

Utambuzi uliobanwa
Kwantumumicrowave optikiteknolojia pia hutoa mbinu mpya ya kuhisi kwa kasi ya ishara za intaneti. Kwa kutumia nasibu iliyomo katika ugunduzi wa quantum, watafiti wameonyesha mfumo wa kuhisi kwa kasi ya kasi unaoweza kupona.10 GHz RFSpektra. Mfumo hurekebisha ishara ya RF hadi hali ya upolarishaji wa fotoni thabiti. Ugunduzi wa fotoni moja kisha hutoa matrix ya kipimo nasibu ya asili kwa ajili ya kuhisi kwa kubanwa. Kwa njia hii, ishara ya broadband inaweza kurejeshwa kwa kiwango cha sampuli cha Yarnyquist.

Usambazaji wa ufunguo wa Quantum
Mbali na kuimarisha matumizi ya kitamaduni ya fotoniki ya microwave, teknolojia ya quantum pia inaweza kuboresha mifumo ya mawasiliano ya quantum kama vile usambazaji wa funguo za quantum (QKD). Watafiti walionyesha usambazaji wa funguo za quantum nyingi za kimuundo mdogo (SCM-QKD) kwa kuzidisha fotoni ndogo za microwave kwenye mfumo wa usambazaji wa funguo za quantum (QKD). Hii inaruhusu funguo nyingi huru za quantum kusambazwa kupitia urefu mmoja wa mwanga, na hivyo kuongeza ufanisi wa spectral.
Mchoro 2 unaonyesha dhana na matokeo ya majaribio ya mfumo wa SCM-QKD wa kubeba pande mbili:

Ingawa teknolojia ya photonics ya microwave ya quantum inaahidi, bado kuna changamoto kadhaa:
1. Uwezo mdogo wa muda halisi: Mfumo wa sasa unahitaji muda mwingi wa kukusanya ili kuunda upya ishara.
2. Ugumu wa kushughulikia ishara za kupasuka/moja: Hali ya kitakwimu ya ujenzi upya hupunguza uwezekano wake wa kutumika kwa ishara zisizorudiwa.
3. Badilisha hadi umbo halisi la wimbi la microwave: Hatua za ziada zinahitajika ili kubadilisha histogramu iliyojengwa upya kuwa umbo la wimbi linaloweza kutumika.
4. Sifa za kifaa: Utafiti zaidi wa tabia ya vifaa vya fotoniki vya quantum na microwave katika mifumo iliyounganishwa unahitajika.
5. Ujumuishaji: Mifumo mingi leo hutumia vipengele vikubwa vilivyotenganishwa.

Ili kukabiliana na changamoto hizi na kuendeleza uwanja huu, kuna mwelekeo kadhaa wa utafiti unaoahidi unaojitokeza:
1. Buni mbinu mpya za usindikaji wa mawimbi kwa wakati halisi na ugunduzi mmoja.
2. Chunguza programu mpya zinazotumia unyeti wa hali ya juu, kama vile kipimo cha mikrosfe ya kioevu.
3. Fuatilia utambuzi wa fotoni na elektroni zilizojumuishwa ili kupunguza ukubwa na ugumu.
4. Jifunze mwingiliano ulioimarishwa wa mwanga-maada katika saketi jumuishi za fotoniki za microwave za kwantumu.
5. Changanya teknolojia ya fotoni ya maikrowevi ya kwantumu na teknolojia zingine mpya za kwantumu.