تطبيق تكنولوجيا الفوتونيات الميكروويف الكمومية

تطبيق الكمميكروويف التكنولوجيا الضوئية

اكتشاف إشارة ضعيف
واحدة من أكثر التطبيقات الواعدة لتكنولوجيا الفوتونيات الكمومية للميكروويف هي اكتشاف إشارات الميكروويف/التردد الراديوية الضعيفة للغاية. من خلال استخدام الكشف عن الفوتون الفردي ، تكون هذه الأنظمة أكثر حساسية بكثير من الطرق التقليدية. على سبيل المثال ، أظهر الباحثون نظامًا ضوئيًا للميكروويف الكمومي يمكنه اكتشاف الإشارات التي تصل إلى -112.8 ديسيبل دون أي تضخيم إلكتروني. هذه الحساسية عالية الفائقة تجعلها مثالية لتطبيقات مثل الاتصالات العميقة.

الفوتونيات الميكروويفمعالجة الإشارة
تقوم الفوتونيات الميكروويف الكمومية أيضًا بتنفيذ وظائف معالجة الإشارات عالية النطاق الترددي مثل تحول الطور والتصفية. باستخدام عنصر ضوئي مشتت وضبط الطول الموجي للضوء ، أظهر الباحثون حقيقة أن طور RF ينتقل حتى 8 جيجاهرتز ترشيح النطاق الترددي حتى 8 جيجا هرتز. الأهم من ذلك ، يتم تحقيق جميع هذه الميزات باستخدام 3 جيجاهرتز إلكترونيات ، مما يدل على أن الأداء يتجاوز حدود النطاق الترددي التقليدي

التردد غير المحلي لرسم خرائط الوقت
تتمثل إحدى القدرة المثيرة للاهتمام التي تسببها التشابك الكمومي في تعيين التردد غير المحلي للوقت. يمكن لهذه التقنية أن تقوم بتخطيط طيف مصدر مستمر للموجة التي تضخها الفوتون إلى مجال زمني في موقع بعيد. يستخدم النظام أزواج الفوتون المتشابكة التي تمر فيها إحدى الشعاع عبر مرشح طيفي والآخر يمر عبر عنصر مشتت. نظرًا لاعتماد تواتر الفوتونات المتشابكة ، يتم تعيين وضع الترشيح الطيفي غير المحلي إلى المجال الزمني.
يوضح الشكل 1 هذا المفهوم:

يمكن لهذه الطريقة تحقيق قياس طيفي مرن دون معالجة مصدر الضوء المقاس مباشرة.

استشعار مضغوط
الكمالميكروويف الضوئيةتوفر التكنولوجيا أيضًا طريقة جديدة للاستشعار المضغوط لإشارات النطاق العريض. باستخدام العشوائية المتأصلة في الكشف الكمومي ، أظهر الباحثون نظام استشعار مضغوط كمي قادر على التعافي10 جيجا هرتز RFأطياف. يقوم النظام بتعديل إشارة RF إلى حالة استقطاب الفوتون المتماسك. يوفر اكتشاف الفوتون أحادي الفوتون مصفوفة قياس عشوائية طبيعية للاستشعار المضغوط. وبهذه الطريقة ، يمكن استعادة إشارة النطاق العريض بمعدل أخذ عينات Yarnyquist.

توزيع مفتاح الكم
بالإضافة إلى تعزيز التطبيقات الضوئية للميكروويف التقليدية ، يمكن للتكنولوجيا الكمومية أيضًا تحسين أنظمة الاتصالات الكمومية مثل توزيع مفتاح الكم (QKD). أظهر الباحثون توزيع مفتاح الكمية الكموميات الكمومية الناقلة الفرعية (SCM-QKD) عن طريق حامل الفوتونات الميكروويف المضاعفة على نظام توزيع مفاتيح الكم (QKD). يتيح ذلك نقل مفاتيح كمية مستقلة متعددة على طول موجي واحد من الضوء ، وبالتالي زيادة الكفاءة الطيفية.
يوضح الشكل 2 المفهوم والنتائج التجريبية لنظام SCM-QKD المزدوج:

على الرغم من أن تكنولوجيا الفوتونيات الميكروويف الكمومية واعدة ، لا تزال هناك بعض التحديات:
1. القدرة المحدودة في الوقت الفعلي: يتطلب النظام الحالي الكثير من وقت التراكم لإعادة بناء الإشارة.
2. صعوبة التعامل مع الإشارات المفردة/الفردية: تحد الطبيعة الإحصائية لإعادة الإعمار من تطبيقها على الإشارات غير المتكررة.
3. تحويل إلى شكل موجي حقيقي للميكروويف: هناك حاجة إلى خطوات إضافية لتحويل الرسم البياني الذي أعيد بناؤه إلى شكل موجة قابلة للاستخدام.
4. خصائص الجهاز: هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لسلوك الأجهزة الكمومية والميكروويف الضوئية في الأنظمة المشتركة.
5. التكامل: تستخدم معظم الأنظمة اليوم المكونات المنفصلة الضخمة.

لمعالجة هذه التحديات والتقدم في هذا المجال ، يظهر عدد من اتجاهات البحث الواعدة:
1. تطوير طرق جديدة لمعالجة الإشارات في الوقت الفعلي والاكتشاف الفردي.
2. استكشاف التطبيقات الجديدة التي تستخدم حساسية عالية ، مثل قياس المجهرية السائلة.
3. متابعة تحقيق الفوتونات والإلكترونات المتكاملة لتقليل الحجم والتعقيد.
4. دراسة التفاعل المعزز للضوء في الدوائر الضوئية الكمومية المتكاملة.
5. الجمع بين تقنية الفوتون الميكروويف الكمومي مع تقنيات الكم الناشئة الأخرى.