יישום טכנולוגיית פוטוניקה מיקרוגל קוונטית

יישום קוונטיטכנולוגיית פוטוניקה במיקרוגל

איתור איתות חלש
אחד היישומים המבטיחים ביותר של טכנולוגיית פוטוניקה של מיקרוגל קוונטי הוא איתור אותות מיקרוגל/RF חלשים במיוחד. על ידי שימוש בזיהוי פוטונים יחיד, מערכות אלה רגישות בהרבה משיטות מסורתיות. לדוגמה, החוקרים הדגימו מערכת פוטונית מיקרוגלית קוונטית שיכולה לאתר אותות נמוכים עד -112.8 dBM ללא הגברה אלקטרונית. רגישות גבוהה במיוחד זו הופכת אותה לאידיאלית ליישומים כמו תקשורת בחלל עמוק.

פוטוניקה במיקרוגלעיבוד אותות
Photonics מיקרוגל קוונטי מיישם גם פונקציות עיבוד אותות רוחב פס גבוה כמו הסטת שלב וסינון. על ידי שימוש באלמנט אופטי מפוזר והתאמת אורך הגל של האור, החוקרים הדגימו את העובדה ששלב ה- RF עובר עד 8 GHz RF RF רוחב פס של עד 8 ג'יגה הרץ. חשוב לציין כי תכונות אלה מושגות באמצעות 3 GHz אלקטרוניקה, מה שמראה שהביצועים עולים על גבולות רוחב הפס המסורתיים

תדר לא מקומי למיפוי זמן
יכולת מעניינת אחת שהובאה על ידי הסתבכות קוונטית היא מיפוי של תדר לא מקומי לזמן. טכניקה זו יכולה למפות את הספקטרום של מקור פוטון חד-פעמי שנשאב גל רציף לתחום זמן במיקום מרוחק. המערכת משתמשת בזוגות פוטון מסובכים שבהם קרן אחת עוברת דרך פילטר ספקטרלי והשנייה עוברת דרך אלמנט מפוזר. בשל תלות התדר של פוטונים מסתבכים, מצב הסינון הספקטרלי ממופה באופן לא מקומי לתחום הזמן.
איור 1 ממחיש מושג זה:

שיטה זו יכולה להשיג מדידה ספקטרלית גמישה מבלי לתפעל ישירות את מקור האור הנמדד.

חישה דחוסה
קוונטוםמיקרוגל אופטיהטכנולוגיה מספקת גם שיטה חדשה לחישה דחוסה של אותות פס רחב. באמצעות האקראיות הגלומה בזיהוי קוונטי, החוקרים הראו מערכת חישה דחוסה קוונטית המסוגלת להתאושש10 GHz RFספקטרום. המערכת מווסתת את אות ה- RF למצב הקיטוב של הפוטון הקוהרנטי. אז זיהוי פוטון יחיד מספק מטריצת מדידה אקראית טבעית לחישה דחוסה. בדרך זו ניתן לשחזר את אות הפס הרחב בקצב הדגימה של YarnyQuist.

חלוקת מפתח קוונטית
בנוסף לשיפור יישומים פוטוניים מסורתיים של מיקרוגל, טכנולוגיית קוונטים יכולה גם לשפר מערכות תקשורת קוונטיות כמו חלוקת מפתח קוונטית (QKD). החוקרים הדגימו חלוקת מפתחות קוונטית של מכשיר תת-נושאות (SCM-QKD) על ידי ריבוי מוביל המשנה של מיקרוגל פוטונים למערכת חלוקת מפתח קוונטית (QKD). זה מאפשר להעביר מפתחות קוונטיים עצמאיים מרובים על פני אורך גל יחיד של אור, ובכך להגדיל את היעילות הספקטרלית.
איור 2 מציג את הרעיון והתוצאות הניסיוניות של מערכת SCM-QKD של נשא כפול:

למרות שטכנולוגיית פוטוניקה של מיקרוגל קוונטית מבטיחה, עדיין ישנם כמה אתגרים:
1. יכולת מוגבלת בזמן אמת: המערכת הנוכחית דורשת זמן הצטברות רב לשחזור האות.
2. קושי להתמודד עם אותות פרץ/יחידים: האופי הסטטיסטי של השחזור מגביל את תחולתו לאותות שאינם חוזרים.
3. המרה לצורת גל מיקרוגל אמיתית: נדרשים שלבים נוספים כדי להמיר את ההיסטוגרמה המשוחזרת לצורת גל שמיש.
יש צורך במאפייני מכשירים: יש צורך במחקר נוסף על התנהגותם של מכשירים פוטוניים קוונטיים ומיקרוגל במערכות משולבות.
5. אינטגרציה: רוב המערכות כיום משתמשות ברכיבים דיסקרטיים מגושמים.

כדי להתמודד עם אתגרים אלה ולקדם את התחום, מספר הוראות מחקריות מבטיחות עולות:
1. פיתוח שיטות חדשות לעיבוד אותות בזמן אמת וגילוי יחיד.
2. חקור יישומים חדשים המשתמשים ברגישות גבוהה, כגון מדידת מיקרוספרה נוזלית.
3. רודף מימוש פוטונים ואלקטרונים משולבים כדי להפחית את הגודל והמורכבות.
4. חקרו את האינטראקציה המשופרת של חומר האור במעגלי פוטוניים משולבים מיקרוגל.
5. שלב טכנולוגיית פוטון מיקרוגל קוונטי עם טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות אחרות.