Ứng dụng công nghệ quang tử vi sóng lượng tử

Ứng 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 các tín hiệu vi sóng/RF cực yếu. Bằng cách sử dụng khả năng 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 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 liên lạc trong không gian sâu.

Quang tử 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 phần tử quang học phân tán và điều chỉnh bước sóng ánh sáng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh thực tế rằng pha RF dịch chuyển lên tới 8 GHz, băng thông lọc RF lên tới 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, điều này cho thấy hiệu suất vượt quá giới hạn băng thông truyền thống

Ánh xạ tần số theo thời gian không cục bộ
Một khả năng thú vị do sự vướng víu lượng tử mang lại là ánh xạ tần số phi cục bộ theo thời gian. Kỹ thuật này có thể ánh xạ phổ của nguồn photon đơn được bơm sóng liên tục tới miền thời gian ở một địa điểm ở xa. Hệ thống sử dụng các cặp photon vướng víu trong đó một chùm tia đi qua bộ lọc quang phổ và chùm tia kia đi qua phần tử phân tán. Do sự phụ thuộc tần số của các photon vướng víu, chế độ lọc quang phổ được ánh xạ không cục bộ sang miền thời gian.
Hình 1 minh họa khái niệm này:

Phương pháp này có thể đạt được phép đo quang phổ linh hoạt mà không cần thao tác trực tiếp với nguồn sáng đo được.

Cảm biến nén
lượng tửquang học vi sóngCông nghệ này cũng cung cấp một phương pháp mới để nén 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 hồiTần số vô tuyến 10 GHzquang phổ. Hệ thống điều chỉnh tín hiệu RF về trạng thái phân cực của photon kết hợp. Sau đó, việc phát hiện photon đơn sẽ cung cấp ma trận đo 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 tăng cường 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 sự phân bố khóa lượng tử ghép kênh lượng tử phụ (SCM-QKD) bằng cách ghép sóng mang phụ photon vi sóng 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, do đó làm tăng hiệu suất quang phổ.
Hình 2 thể hiện khái niệm và kết quả thử nghiệm của hệ thống SCM-QKD sóng mang kép:

Mặc dù công nghệ quang tử vi sóng lượng tử đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn một số thách thức:
1. Khả năng thời gian thực hạn chế: Hệ thống hiện tại cần nhiều thời gian tích lũy để tái tạo lại tín hiệu.
2. Khó khăn khi xử lý các tín hiệu bùng nổ/đơn lẻ: Bản chất thống kê của việc tái thiết làm hạn chế khả năng ứng dụng của nó đối với các tín hiệu không lặp lại.
3. Chuyển đổi sang dạng sóng vi sóng thực: Cần có các bước bổ sung để chuyển đổi biểu đồ được tái tạo thành dạng sóng có thể sử dụng được.
4. Đặc tính của thiết bị: Cần nghiên cứu sâu hơn về hoạt động 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 xuất hiện:
1. Phát triển các phương pháp mới để xử lý tín hiệu theo 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 kính hiển vi chất 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 sự tương tác tăng cường giữa vật chất ánh sáng trong các mạch quang tử 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.