Ứng dụng của lượng tửcông nghệ quang tử vi sóng
Phát hiện tín hiệu yếu
Một trong những ứng dụng đầy hứa hẹn nhất của công nghệ quang tử vi sóng lượng tử là phát hiện các tín hiệu vi sóng/RF cực yếu. Bằng cách sử dụng phương pháp phát hiện photon đơn lẻ, các hệ thống này nhạy hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã chứng minh một hệ thống quang tử vi sóng lượng tử có thể phát hiện các tín hiệu thấp tới -112,8 dBm mà không cần bất kỳ sự khuếch đại điện tử nào. Độ nhạy cực cao này khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng như thông tin liên lạc không gian sâu.
Photonic vi sóngxử lý tín hiệu
Quang tử vi sóng lượng tử cũng thực hiện các chức năng xử lý tín hiệu băng thông cao như dịch pha và lọc. Bằng cách sử dụng một thành phần quang học tán sắc và điều chỉnh bước sóng ánh sáng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng dịch pha RF lên đến 8 GHz và băng thông lọc RF lên đến 8 GHz. Điều quan trọng là tất cả các tính năng này đều đạt được bằng cách sử dụng thiết bị điện tử 3 GHz, cho thấy hiệu suất vượt quá giới hạn băng thông truyền thống.
Ánh xạ tần số không cục bộ sang thời gian
Một khả năng thú vị được mang lại bởi sự vướng víu lượng tử là ánh xạ tần số phi cục bộ theo thời gian. Kỹ thuật này có thể ánh xạ phổ của một nguồn photon đơn được bơm sóng liên tục vào một miền thời gian ở một vị trí xa. Hệ thống sử dụng các cặp photon vướng víu, trong đó một chùm đi qua bộ lọc phổ và chùm còn lại đi qua một phần tử tán sắc. Do sự phụ thuộc vào tần số của các photon vướng víu, chế độ lọc phổ được ánh xạ phi cục bộ vào miền thời gian.
Hình 1 minh họa khái niệm này:
Phương pháp này có thể thực hiện phép đo quang phổ linh hoạt mà không cần thao tác trực tiếp với nguồn sáng được đo.
Cảm biến nén
Lượng tửvi sóng quang họcCông nghệ này cũng cung cấp một phương pháp mới để cảm biến tín hiệu băng thông rộng bị nén. Sử dụng tính ngẫu nhiên vốn có trong phát hiện lượng tử, các nhà nghiên cứu đã chứng minh một hệ thống cảm biến lượng tử bị nén có khả năng phục hồiTần số vô tuyến 10 GHzPhổ. Hệ thống điều chế tín hiệu RF đến trạng thái phân cực của photon kết hợp. Việc phát hiện photon đơn lẻ sau đó cung cấp một ma trận đo lường ngẫu nhiên tự nhiên cho cảm biến nén. Bằng cách này, tín hiệu băng thông rộng có thể được khôi phục ở tốc độ lấy mẫu Yarnyquist.
Phân phối khóa lượng tử
Ngoài việc nâng cao các ứng dụng quang tử vi sóng truyền thống, công nghệ lượng tử còn có thể cải thiện các hệ thống truyền thông lượng tử như phân phối khóa lượng tử (QKD). Các nhà nghiên cứu đã chứng minh khả năng phân phối khóa lượng tử đa sóng mang phụ (SCM-QKD) bằng cách ghép các sóng mang phụ photon vi sóng vào một hệ thống phân phối khóa lượng tử (QKD). Điều này cho phép truyền nhiều khóa lượng tử độc lập trên một bước sóng ánh sáng duy nhất, do đó tăng hiệu suất phổ.
Hình 2 cho thấy khái niệm và kết quả thử nghiệm của hệ thống SCM-QKD sóng mang kép:
Mặc dù công nghệ photonic vi sóng lượng tử rất hứa hẹn, nhưng vẫn còn một số thách thức:
1. Khả năng thời gian thực hạn chế: Hệ thống hiện tại cần rất nhiều thời gian tích lũy để tái tạo tín hiệu.
2. Khó khăn khi xử lý tín hiệu đơn lẻ/tín hiệu bùng phát: Bản chất thống kê của quá trình tái tạo hạn chế khả năng áp dụng của nó đối với các tín hiệu không lặp lại.
3. Chuyển đổi sang dạng sóng vi sóng thực: Cần thực hiện thêm các bước để chuyển đổi biểu đồ được tái tạo thành dạng sóng có thể sử dụng được.
4. Đặc điểm của thiết bị: Cần nghiên cứu sâu hơn về hành vi của các thiết bị quang tử lượng tử và vi sóng trong các hệ thống kết hợp.
5. Tích hợp: Hầu hết các hệ thống ngày nay đều sử dụng các thành phần rời rạc cồng kềnh.
Để giải quyết những thách thức này và thúc đẩy lĩnh vực này, một số hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn đang nổi lên:
1. Phát triển các phương pháp mới để xử lý tín hiệu thời gian thực và phát hiện đơn lẻ.
2. Khám phá các ứng dụng mới sử dụng độ nhạy cao, chẳng hạn như phép đo vi cầu lỏng.
3. Theo đuổi việc hiện thực hóa các photon và electron tích hợp để giảm kích thước và độ phức tạp.
4. Nghiên cứu tương tác ánh sáng-vật chất tăng cường trong mạch photonic vi sóng lượng tử tích hợp.
5. Kết hợp công nghệ photon vi sóng lượng tử với các công nghệ lượng tử mới nổi khác.
Thời gian đăng: 02-09-2024