კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის ტექნოლოგიის გამოყენება

კვანტური გამოყენებამიკროტალღური ფოტონიკის ტექნოლოგია

სუსტი სიგნალის აღმოჩენა
კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის ტექნოლოგიის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული გამოყენება უკიდურესად სუსტი მიკროტალღური/RF სიგნალების აღმოჩენაა. ერთი ფოტონის დეტექციის გამოყენებით, ეს სისტემები გაცილებით მგრძნობიარეა, ვიდრე ტრადიციული მეთოდები. მაგალითად, მკვლევარებმა აჩვენეს კვანტური მიკროტალღური ფოტონური სისტემა, რომელსაც შეუძლია -112.8 დბმ-მდე დაბალი სიგნალების აღმოჩენა ელექტრონული გაძლიერების გარეშე. ეს ულტრამაღალი მგრძნობელობა მას იდეალურს ხდის ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ღრმა კოსმოსური კომუნიკაციები.

მიკროტალღური ფოტონიკასიგნალის დამუშავება
კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკა ასევე ახორციელებს მაღალი გამტარუნარიანობის სიგნალის დამუშავების ფუნქციებს, როგორიცაა ფაზის გადატანა და ფილტრაცია. დისპერსიული ოპტიკური ელემენტის გამოყენებით და სინათლის ტალღის სიგრძის რეგულირებით, მკვლევრებმა აჩვენეს ის ფაქტი, რომ რადიოსიხშირული ფაზა გადადის 8 გჰც-მდე, ხოლო რადიოსიხშირული ფილტრაციის ზოლები 8 გჰც-მდე. მნიშვნელოვანია, რომ ეს მახასიათებლები მიიღწევა 3 გჰც ელექტრონიკის გამოყენებით, რაც აჩვენებს, რომ შესრულება აღემატება ტრადიციულ გამტარუნარიანობის ლიმიტებს.

არალოკალური სიხშირისა და დროის შესაბამისობა
კვანტური ჩახლართულობის ერთ-ერთი საინტერესო შესაძლებლობა არალოკალური სიხშირის დროში ასახვაა. ამ ტექნიკას შეუძლია უწყვეტი ტალღის ტუმბოს მქონე ერთფოტონიანი წყაროს სპექტრის ასახვა დროის დომენზე შორეულ ადგილას. სისტემა იყენებს ჩახლართულ ფოტონების წყვილებს, რომლებშიც ერთი სხივი გადის სპექტრულ ფილტრში, ხოლო მეორე - დისპერსიულ ელემენტში. ჩახლართული ფოტონების სიხშირეზე დამოკიდებულების გამო, სპექტრული ფილტრაციის რეჟიმი არალოკალურად ასახულია დროის დომენზე.
სურათი 1 ასახავს ამ კონცეფციას:

ამ მეთოდით შესაძლებელია მოქნილი სპექტრული გაზომვის მიღწევა გაზომილი სინათლის წყაროს პირდაპირი მანიპულირების გარეშე.

შეკუმშული ზონდირება
კვანტურიმიკროტალღური ოპტიკურიტექნოლოგია ასევე უზრუნველყოფს ფართოზოლოვანი სიგნალების შეკუმშული აღმოჩენის ახალ მეთოდს. კვანტური დეტექციისთვის დამახასიათებელი შემთხვევითობის გამოყენებით, მკვლევარებმა აჩვენეს კვანტური შეკუმშული აღმოჩენის სისტემა, რომელსაც შეუძლია აღდგენა.10 გჰც რადიოსიხშირული დიაპაზონისპექტრები. სისტემა ახდენს რადიოსიხშირული სიგნალის მოდულირებას კოჰერენტული ფოტონის პოლარიზაციის მდგომარეობის მიხედვით. შემდეგ ერთფოტონიანი აღმოჩენა უზრუნველყოფს ბუნებრივ შემთხვევითი გაზომვის მატრიცას შეკუმშული ზონდირებისთვის. ამ გზით, ფართოზოლოვანი სიგნალის აღდგენა შესაძლებელია იარნიკვისტის შერჩევის სიჩქარით.

კვანტური გასაღებების განაწილება
ტრადიციული მიკროტალღური ფოტონური აპლიკაციების გაუმჯობესების გარდა, კვანტურ ტექნოლოგიას ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს კვანტური საკომუნიკაციო სისტემები, როგორიცაა კვანტური გასაღებების განაწილება (QKD). მკვლევარებმა აჩვენეს ქვემატარებლის მულტიპლექსური კვანტური გასაღებების განაწილება (SCM-QKD) მიკროტალღური ფოტონების ქვემატარებლის მულტიპლექსირებით კვანტური გასაღებების განაწილების (QKD) სისტემაზე. ეს საშუალებას იძლევა მრავალი დამოუკიდებელი კვანტური გასაღებების გადაცემისა სინათლის ერთი ტალღის სიგრძეზე, რითაც იზრდება სპექტრული ეფექტურობა.
სურათი 2 გვიჩვენებს ორმაგი გადამტანის SCM-QKD სისტემის კონცეფციას და ექსპერიმენტულ შედეგებს:

მიუხედავად იმისა, რომ კვანტური მიკროტალღური ფოტონიკის ტექნოლოგია პერსპექტიულია, მაინც არსებობს გარკვეული გამოწვევები:
1. შეზღუდული რეალურ დროში მუშაობის შესაძლებლობა: ამჟამინდელ სისტემას სიგნალის რეკონსტრუქციისთვის დიდი დრო სჭირდება დაგროვებისთვის.
2. აფეთქებით/ერთჯერადი სიგნალების დამუშავების სირთულე: რეკონსტრუქციის სტატისტიკური ბუნება ზღუდავს მის გამოყენებადობას არაგანმეორებადი სიგნალებისთვის.
3. რეალურ მიკროტალღურ ტალღურ ფორმად გარდაქმნა: რეკონსტრუირებული ჰისტოგრამის გამოსაყენებელ ტალღურ ფორმად გარდასაქმნელად საჭიროა დამატებითი ნაბიჯების გადადგმა.
4. მოწყობილობის მახასიათებლები: საჭიროა კვანტური და მიკროტალღური ფოტონური მოწყობილობების ქცევის შემდგომი შესწავლა კომბინირებულ სისტემებში.
5. ინტეგრაცია: დღეს სისტემების უმეტესობა მოცულობით დისკრეტულ კომპონენტებს იყენებს.

ამ გამოწვევების გადასაჭრელად და დარგის წინსვლისთვის, ჩნდება რამდენიმე პერსპექტიული კვლევითი მიმართულება:
1. რეალურ დროში სიგნალის დამუშავებისა და ერთჯერადი დეტექტირების ახალი მეთოდების შემუშავება.
2. მაღალი მგრძნობელობის მქონე ახალი აპლიკაციების შესწავლა, როგორიცაა თხევადი მიკროსფეროების გაზომვა.
3. ინტეგრირებული ფოტონებისა და ელექტრონების რეალიზაციისკენ სწრაფვა ზომისა და სირთულის შესამცირებლად.
4. ინტეგრირებულ კვანტურ მიკროტალღურ ფოტონურ სქემებში სინათლისა და მატერიის გაძლიერებული ურთიერთქმედების შესწავლა.
5. კვანტური მიკროტალღური ფოტონების ტექნოლოგიის სხვა ახალ კვანტურ ტექნოლოგიებთან გაერთიანება.