Áp dụng công nghệ quang tử vi sóng lượng tử

Áp dụng lượng tửCông nghệ quang tử vi sóng

Phát hiện tín hiệu yếu
Một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của công nghệ quang tử vi sóng lượng tử là phát hiện tín hiệu vi sóng/RF cực kỳ yếu. Bằng cách sử dụng phát hiện photon đơn, các hệ thống này nhạy cảm hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã chứng minh một hệ thống photonic vi sóng lượng tử có thể phát hiện các tín hiệu thấp tới -112,8 dBm mà không có bất kỳ sự khuếch đại điện tử nào. Độ nhạy cực cao này làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng như truyền thông không gian sâu.

Photonics vi sóngXử lý tín hiệu
Photonics 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 phần tử quang phân tán và điều chỉnh bước sóng của ánh sáng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh thực tế là pha RF thay đổi băng thông lọc RF lên tới 8 GHz lên đến 8 GHz. Điều quan trọng, tất cả các tính năng này đều đạt được bằng cách sử dụng điện tử 3 GHz, cho thấy hiệu suất vượt quá giới hạn băng thông truyền thống

Tần số phi địa phương để lập bản đồ thời gian
Một khả năng thú vị được mang lại bởi sự vướng víu lượng tử là ánh xạ tần số phi địa phương theo thời gian. Kỹ thuật này có thể ánh xạ phổ của nguồn đơn photon được bơm liên tục vào một miền thời gian tại một vị trí xa. Hệ thống sử dụng các cặp photon vướng víu trong đó một chùm đi qua bộ lọc quang phổ và phần còn lại đi qua một phần tử phân tán. Do sự phụ thuộc tần số của các photon vướng víu, chế độ lọc quang phổ được ánh xạ không thuộc địa đến miền thời gian.
Hình 1 minh họa khái niệm này:

Phương pháp này có thể đạt được phép đo phổ linh hoạt mà không cần điều khiển trực tiếp nguồn ánh sáng đo được.

Cảm biến nén
Lượng tửLò vi sóng quang họcCông nghệ cũng cung cấp một phương pháp mới để nén các tín hiệu băng thông rộng. Sử dụng tính ngẫu nhiên vốn có trong phát hiện lượng tử, các nhà nghiên cứu đã chứng minh một hệ thống cảm biến nén lượng tử có khả năng phục hồi10 GHz RFquang phổ. Hệ thống điều chỉnh tín hiệu RF đến trạng thái phân cực của photon kết hợp. Phát hiện đơn photon sau đó cung cấp một ma trận đo ngẫu nhiên tự nhiên để cảm biến nén. Theo 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 tăng cường các ứng dụng quang tử vi sóng truyền thống, công nghệ lượng tử cũng có thể cải thiện các hệ thống giao tiếp lượng tử như phân phối khóa lượng tử (QKD). Các nhà nghiên cứu đã chứng minh phân phối khóa lượng tử đa dòng sóng con (SCM-QKD) bằng cách ghép kênh con sóng con của vi sóng ghép vào hệ thống phân phối khóa lượng tử (QKD). Điều này cho phép nhiều khóa lượng tử độc lập được truyền qua một bước sóng ánh sáng duy nhất, do đó làm tăng hiệu suất quang phổ.
Hình 2 cho thấy khái niệm và kết quả thử nghiệm của hệ thống SCM-QKD của tàu chở hàng kép:

Mặc dù công nghệ quang tử vi sóng lượng tử rất hứa hẹn, nhưng vẫn có một số thách thức:
1. Khả năng thời gian thực hạn chế: Hệ thống hiện tại đòi hỏi rất nhiều thời gian tích lũy để xây dựng lại tín hiệu.
2. Khó khăn đối phó với các tín hiệu nổ/đơn: Bản chất thống kê của việc tái thiết giới hạn khả năng áp dụng của nó đối với các tín hiệu không lặp lại.
3. Chuyển đổi thành dạng sóng vi sóng thực: Cần có các bước bổ sung để chuyển đổi biểu đồ được xây dựng lại thành dạng sóng có thể sử dụng.
4. Đặc điểm của thiết bị: Nghiên cứu sâu hơn về hành vi của các thiết bị quang tử và lò vi sóng trong các hệ thống kết hợp là cần thiết.
5. Tích hợp: Hầu hết các hệ thống ngày nay sử dụng các thành phần riêng biệt cồng kềnh.

Để giải quyết những thách thức này và thúc đẩy lĩnh vực này, một số hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn đang xuất hiện:
1. Phát triển các phương pháp mới để xử lý tín hiệu thời gian thực và phát hiện đơn.
2. Khám phá các ứng dụng mới sử dụng độ nhạy cao, chẳng hạn như đo kính hiển vi chất lỏng.
3. Theo đuổi việc thực hiện các photon và electron tích hợp để giảm kích thước và độ phức tạp.
4. Nghiên cứu sự tương tác chất lượng ánh sáng nâng cao trong các mạch quang tử lượng tử tích hợp.
5. Kết hợp công nghệ photon vi sóng lượng tử với các công nghệ lượng tử mới nổi khác.