יישום טכנולוגיית פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל

יישום של קוונטיםטכנולוגיית פוטוניקה של מיקרוגל

זיהוי אות חלש
אחד היישומים המבטיחים ביותר של טכנולוגיית פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל הוא גילוי אותות מיקרוגל/RF חלשים ביותר. באמצעות גילוי פוטון בודד, מערכות אלו רגישות הרבה יותר משיטות מסורתיות. לדוגמה, החוקרים הדגימו מערכת פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל שיכולה לזהות אותות נמוכים עד כדי -112.8 dBm ללא כל הגברה אלקטרונית. רגישות גבוהה במיוחד זו הופכת אותה לאידיאלית עבור יישומים כגון תקשורת בחלל העמוק.

פוטוניקה של מיקרוגלעיבוד אותות
פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל מיישמת גם פונקציות עיבוד אותות ברוחב פס גבוה כגון הזזת פאזה וסינון. באמצעות שימוש באלמנט אופטי פיזור והתאמת אורך הגל של האור, החוקרים הדגימו את העובדה שזיזות פאזה של RF עד 8 גיגה-הרץ וסינון רוחב פס של RF עד 8 גיגה-הרץ. חשוב לציין, שתכונות אלו מושגות כולן באמצעות אלקטרוניקה של 3 גיגה-הרץ, דבר המראה שהביצועים חורגים ממגבלות רוחב הפס המסורתיות.

מיפוי תדירות לא מקומי לזמן
יכולת מעניינת אחת שמובאת על ידי שזירה קוונטית היא מיפוי של תדר לא מקומי לזמן. טכניקה זו יכולה למפות את הספקטרום של מקור פוטון יחיד המופעל על ידי גל רציף לתחום זמן במיקום מרוחק. המערכת משתמשת בזוגות פוטונים שזורים שבהם קרן אחת עוברת דרך מסנן ספקטרלי והשנייה עוברת דרך אלמנט פיזור. עקב תלות התדר של פוטונים שזורים, מצב הסינון הספקטרלי ממופה באופן לא מקומי לתחום הזמן.
איור 1 ממחיש מושג זה:

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

חישה דחוסה
קוונטוםמיקרוגל אופטיהטכנולוגיה מספקת גם שיטה חדשה לחישה דחוסה של אותות פס רחב. באמצעות האקראיות הטבועה בזיהוי קוונטי, חוקרים הדגימו מערכת חישה קוונטית דחוסה המסוגלת לשחזר10 גיגה-הרץ RFספקטרום. המערכת מווסתת את אות ה-RF למצב הקיטוב של הפוטון הקוהרנטי. גילוי פוטון בודד מספק לאחר מכן מטריצת מדידה אקראית טבעית לחישה דחוסה. בדרך זו, ניתן לשחזר את אות הפס הרחב בקצב הדגימה של יארניקוויסט.

התפלגות מפתחות קוונטית
בנוסף לשיפור יישומים פוטוניים מסורתיים במיקרוגל, טכנולוגיה קוונטית יכולה גם לשפר מערכות תקשורת קוונטיות כגון חלוקת מפתחות קוונטית (QKD). החוקרים הדגימו חלוקת מפתחות קוונטית מרובה תת-גלי-שמש (SCM-QKD) על ידי ריבוב תת-גלי-שמש של פוטוני מיקרוגל על ​​גבי מערכת חלוקת מפתחות קוונטית (QKD). זה מאפשר להעביר מספר מפתחות קוונטיים עצמאיים על פני אורך גל יחיד של אור, ובכך להגביר את היעילות הספקטרלית.
איור 2 מציג את הקונספט ואת תוצאות הניסוי של מערכת SCM-QKD בעלת שני נושאי מטען:

למרות שטכנולוגיית פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל מבטיחה, עדיין ישנם כמה אתגרים:
1. יכולת מוגבלת בזמן אמת: המערכת הנוכחית דורשת זמן צבירה רב כדי לשחזר את האות.
2. קושי בהתמודדות עם אותות פרץ/בודדים: האופי הסטטיסטי של השחזור מגביל את תחולתו על אותות שאינם חוזרים.
3. המרה לצורת גל מיקרוגל אמיתית: נדרשים צעדים נוספים כדי להמיר את ההיסטוגרמה המשוחזרת לצורת גל שמישה.
4. מאפייני התקנים: יש צורך במחקר נוסף של התנהגותם של התקנים פוטוניים קוונטיים ומיקרוגל במערכות משולבות.
5. אינטגרציה: רוב המערכות כיום משתמשות ברכיבים בדידים מגושמים.

כדי להתמודד עם אתגרים אלה ולקדם את התחום, צצים מספר כיווני מחקר מבטיחים:
1. לפתח שיטות חדשות לעיבוד אותות בזמן אמת ולזיהוי יחיד.
2. חקור יישומים חדשים המשתמשים ברגישות גבוהה, כגון מדידת מיקרוספרות נוזליות.
3. לחתור למימוש של פוטונים ואלקטרונים משולבים כדי להפחית את הגודל והמורכבות.
4. חקור את האינטראקציה המשופרת בין אור לחומר במעגלים פוטוניים קוונטיים משולבים של מיקרוגל.
5. שלב טכנולוגיית פוטונים קוונטיים של מיקרוגל עם טכנולוגיות קוונטיות מתפתחות אחרות.