יישום טכנולוגיית פוטוניקת מיקרוגל קוונטית

יישום של קוונטיםטכנולוגיית פוטוניקת מיקרוגל

זיהוי אות חלש
אחד היישומים המבטיחים ביותר של טכנולוגיית פוטוניקת מיקרוגל קוונטית הוא זיהוי של אותות מיקרוגל/RF חלשים במיוחד. על ידי שימוש בזיהוי פוטון בודד, מערכות אלו רגישות הרבה יותר משיטות מסורתיות. לדוגמה, החוקרים הדגימו מערכת פוטונית קוונטית של מיקרוגל שיכולה לזהות אותות נמוכים עד -112.8 dBm ללא כל הגברה אלקטרונית. רגישות גבוהה במיוחד זו הופכת אותו לאידיאלי עבור יישומים כגון תקשורת בחלל עמוק.

פוטוניקת מיקרוגלעיבוד אותות
פוטוניקת מיקרוגל קוונטית מיישמת גם פונקציות של עיבוד אותות ברוחב פס גבוה, כגון הסטת פאזה וסינון. על ידי שימוש באלמנט אופטי מפזר והתאמת אורך הגל של האור, החוקרים הדגימו את העובדה שפאזה RF עוברת עד רוחבי פס סינון RF של עד 8 GHz עד 8 GHz. חשוב לציין, תכונות אלה מושגות כולן באמצעות אלקטרוניקה של 3 GHz, מה שמראה שהביצועים חורגים ממגבלות רוחב הפס המסורתיות

תדירות לא מקומית למיפוי זמן
יכולת מעניינת אחת שהביאה להסתבכות קוונטית היא מיפוי של תדר לא מקומי לזמן. טכניקה זו יכולה למפות את הספקטרום של מקור פוטון בודד שנשאב גל מתמשך לתחום זמן במיקום מרוחק. המערכת משתמשת בזוגות פוטונים מסובכים שבהם קרן אחת עוברת דרך מסנן ספקטרלי והשנייה עוברת דרך אלמנט מפזר. בשל התלות בתדר של פוטונים מסובכים, מצב הסינון הספקטרלי ממופה לא מקומי לתחום הזמן.
איור 1 ממחיש את הרעיון הזה:

שיטה זו יכולה להשיג מדידה ספקטרלית גמישה ללא מניפולציה ישירה של מקור האור הנמדד.

חישה דחוסה
קוונטיםמיקרוגל אופטיהטכנולוגיה מספקת גם שיטה חדשה לחישה דחוסה של אותות פס רחב. באמצעות האקראיות הטבועה בזיהוי קוונטי, חוקרים הדגימו מערכת חישה קוונטית דחוסה המסוגלת להתאושש10 GHz RFספקטרום. המערכת מווסתת את אות ה-RF למצב הקיטוב של הפוטון הקוהרנטי. זיהוי פוטון בודד מספק מטריצת מדידה אקראית טבעית עבור חישה דחוסה. בדרך זו, ניתן לשחזר את אות הפס הרחב בקצב הדגימה של Yarnyquist.

חלוקת מפתח קוונטי
בנוסף לשיפור היישומים הפוטוניים המסורתיים של מיקרוגל, טכנולוגיה קוונטית יכולה גם לשפר מערכות תקשורת קוונטיות כגון הפצת מפתחות קוונטיים (QKD). החוקרים הדגימו התפלגות מפתח קוונטית מרובה-נשאות (SCM-QKD) על-ידי ריבוי נושאי תת-נשאי פוטונים של מיקרוגל על ​​גבי מערכת התפלגות מפתח קוונטית (QKD). זה מאפשר לשדר מספר מפתחות קוונטיים עצמאיים על פני אורך גל בודד של אור, ובכך להגדיל את היעילות הספקטרלית.
איור 2 מציג את הרעיון ותוצאות הניסוי של מערכת SCM-QKD עם נשא כפול:

למרות שטכנולוגיית פוטוניקת מיקרוגל קוונטית מבטיחה, יש עדיין כמה אתגרים:
1. יכולת מוגבלת בזמן אמת: המערכת הנוכחית דורשת זמן צבירה רב כדי לשחזר את האות.
2. קושי להתמודד עם פרץ/אותות בודדים: האופי הסטטיסטי של השחזור מגביל את ישימותו לאותות שאינם חוזרים.
3. המר לצורת גל אמיתית של מיקרוגל: נדרשים שלבים נוספים כדי להמיר את ההיסטוגרמה המשוחזרת לצורת גל שמישה.
4. מאפייני המכשיר: יש צורך במחקר נוסף של ההתנהגות של מכשירים פוטוניים קוונטיים ומיקרוגלים במערכות משולבות.
5. אינטגרציה: רוב המערכות כיום משתמשות ברכיבים דיסקרטיים מגושמים.

כדי להתמודד עם אתגרים אלו ולקדם את התחום, צצים מספר כיווני מחקר מבטיחים:
1. לפתח שיטות חדשות לעיבוד אותות בזמן אמת וזיהוי יחיד.
2. חקור יישומים חדשים המשתמשים ברגישות גבוהה, כגון מדידת מיקרו-כדור נוזלי.
3. להמשיך במימוש של פוטונים ואלקטרונים משולבים כדי להפחית את הגודל והמורכבות.
4. למד את האינטראקציה המשופרת של אור-חומר במעגלים פוטוניים קוונטיים משולבים.
5. שלבו את טכנולוגיית הפוטון המיקרוגל הקוונטית עם טכנולוגיות קוונטיות נוספות.