تطبيق تكنولوجيا الضوئيات الميكروويف الكم

تطبيق الكمتكنولوجيا الضوئيات الميكروويف

كشف إشارة ضعيفة
أحد التطبيقات الواعدة لتكنولوجيا الضوئيات الميكروويف الكمومية هو اكتشاف إشارات الميكروويف / الترددات اللاسلكية الضعيفة للغاية. ومن خلال استخدام الكشف عن فوتون واحد، تعد هذه الأنظمة أكثر حساسية بكثير من الطرق التقليدية. على سبيل المثال، أظهر الباحثون نظامًا فوتونيًا كميًا يعمل بالموجات الدقيقة يمكنه اكتشاف إشارات منخفضة تصل إلى -112.8 ديسيبل ميلي واط دون أي تضخيم إلكتروني. هذه الحساسية العالية للغاية تجعلها مثالية لتطبيقات مثل اتصالات الفضاء السحيق.

الضوئيات الميكروويفمعالجة الإشارات
تنفذ الضوئيات الميكروويف الكمومية أيضًا وظائف معالجة الإشارات ذات النطاق الترددي العالي مثل تحويل الطور والتصفية. باستخدام عنصر بصري مشتت وضبط الطول الموجي للضوء، أثبت الباحثون حقيقة أن طور التردد اللاسلكي يتحول إلى ما يصل إلى 8 جيجا هرتز من عروض نطاق تصفية الترددات اللاسلكية حتى 8 جيجا هرتز. والأهم من ذلك، أن هذه الميزات يتم تحقيقها جميعًا باستخدام إلكترونيات 3 جيجا هرتز، مما يوضح أن الأداء يتجاوز حدود النطاق الترددي التقليدية

التردد غير المحلي لرسم الخرائط الزمنية
إحدى الإمكانيات المثيرة للاهتمام التي نتجت عن التشابك الكمي هي رسم خرائط التردد غير المحلي للزمن. يمكن لهذه التقنية تعيين طيف مصدر أحادي الفوتون يتم ضخه بموجة مستمرة إلى مجال زمني في مكان بعيد. يستخدم النظام أزواج فوتونات متشابكة حيث يمر شعاع واحد عبر مرشح طيفي ويمر الآخر عبر عنصر مشتت. ونظرًا لاعتماد الفوتونات المتشابكة على التردد، يتم تعيين وضع التصفية الطيفية بشكل غير محلي للمجال الزمني.
يوضح الشكل 1 هذا المفهوم:

يمكن لهذه الطريقة تحقيق قياس طيفي مرن دون التلاعب مباشرة بمصدر الضوء المقاس.

الاستشعار المضغوط
الكمالميكروويف الضوئيةتوفر التكنولوجيا أيضًا طريقة جديدة للاستشعار المضغوط لإشارات النطاق العريض. باستخدام العشوائية المتأصلة في الكشف الكمي، أثبت الباحثون وجود نظام استشعار كمي مضغوط قادر على استعادةتردد راديوي 10 جيجا هرتزأطياف. يقوم النظام بتعديل إشارة التردد اللاسلكي إلى حالة استقطاب الفوتون المتماسك. ثم يوفر اكتشاف الفوتون الفردي مصفوفة قياس عشوائية طبيعية للاستشعار المضغوط. وبهذه الطريقة، يمكن استعادة إشارة النطاق العريض بمعدل أخذ العينات Yarnyquist.

توزيع المفتاح الكمي
بالإضافة إلى تعزيز التطبيقات الضوئية التقليدية بالموجات الدقيقة، يمكن لتكنولوجيا الكم أيضًا تحسين أنظمة الاتصالات الكمومية مثل توزيع المفتاح الكمي (QKD). أظهر الباحثون توزيع المفتاح الكمي المتعدد (SCM-QKD) عن طريق تعدد إرسال فوتونات الموجات الدقيقة على نظام توزيع المفتاح الكمي (QKD). وهذا يسمح بنقل مفاتيح كمومية متعددة مستقلة عبر طول موجة واحد من الضوء، وبالتالي زيادة الكفاءة الطيفية.
يوضح الشكل 2 المفهوم والنتائج التجريبية لنظام SCM-QKD ثنائي الموجة:

على الرغم من أن تكنولوجيا الضوئيات الميكروية الكمومية تعد واعدة، إلا أنه لا تزال هناك بعض التحديات:
1. قدرة محدودة في الوقت الفعلي: يتطلب النظام الحالي الكثير من وقت التراكم لإعادة بناء الإشارة.
2. صعوبة التعامل مع الإشارات المنفجرة/المفردة: الطبيعة الإحصائية لإعادة الإعمار تحد من إمكانية تطبيقها على الإشارات غير المتكررة.
3. التحويل إلى شكل موجة ميكروويف حقيقي: يلزم اتخاذ خطوات إضافية لتحويل الرسم البياني المعاد بناؤه إلى شكل موجة قابل للاستخدام.
4. خصائص الجهاز: هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لسلوك الأجهزة الضوئية الكمومية والميكروويفية في الأنظمة المدمجة.
5. التكامل: تستخدم معظم الأنظمة اليوم مكونات منفصلة ضخمة الحجم.

ولمواجهة هذه التحديات والتقدم في هذا المجال، ظهر عدد من الاتجاهات البحثية الواعدة:
1. تطوير طرق جديدة لمعالجة الإشارات في الوقت الحقيقي والكشف الفردي.
2. استكشاف التطبيقات الجديدة التي تستخدم حساسية عالية، مثل قياس المجال المجهري السائل.
3. متابعة تحقيق تكامل الفوتونات والإلكترونات لتقليل الحجم والتعقيد.
4. دراسة التفاعل المعزز بين الضوء والمادة في الدوائر الضوئية الكمومية المتكاملة.
5. الجمع بين تكنولوجيا الفوتون الكمي الميكروويف وتقنيات الكم الناشئة الأخرى.