量子マイクロ波フォトニクス技術の適用

量子の適用マイクロ波フォトニクス技術

弱い信号検出
量子マイクロ波フォトニクス技術の最も有望な用途の1つは、非常に弱いマイクロ波/RF信号の検出です。単一の光子検出を利用することにより、これらのシステムは従来の方法よりもはるかに敏感です。たとえば、研究者は、電子増幅なしで低い112.8 dBMの信号を検出できる量子マイクロ波フォトニックシステムを実証しました。この超高感度により、Deep Space Communicationsなどのアプリケーションに最適です。

マイクロ波フォトニクス信号処理
量子マイクロ波フォトニクスは、位相シフトやフィルタリングなどの高帯域幅信号処理機能も実装しています。分散型光学要素を使用し、光の波長を調整することにより、研究者はRF相が最大8 GHzのRFフィルタリング帯域幅を最大8 GHzにシフトするという事実を実証しました。重要なことに、これらの機能はすべて3つのGHzエレクトロニクスを使用して達成されます。これは、パフォーマンスが従来の帯域幅の制限を超えていることを示しています。

時間マッピングに対する非ローカル周波数
量子エンタングルメントによってもたらされる興味深い能力の1つは、非ローカル周波数の時間へのマッピングです。この手法は、連続した波ポンプの単一光子源のスペクトルを、リモートの場所の時間領域にマッピングできます。システムは、1つのビームがスペクトルフィルターを通過し、もう1つのビームが分散要素を通過する絡み合った光子ペアを使用します。絡み合った光子の周波数依存性により、スペクトルフィルタリングモードは時間領域に非局所的にマッピングされます。
図1はこの概念を示しています。

この方法は、測定された光源を直接操作することなく、柔軟なスペクトル測定を実現できます。

圧縮センシング
量子マイクロ波光学テクノロジーは、ブロードバンド信号の圧縮センシングの新しい方法も提供します。量子検出に固有のランダム性を使用して、研究者は回復できる量子圧縮センシングシステムを実証しました10 GHz RFスペクトル。システムは、RF信号をコヒーレント光子の偏光状態に変調します。単一光子検出は、圧縮センシングのための自然なランダム測定マトリックスを提供します。このようにして、Yarnyquistサンプリングレートでブロードバンド信号を復元できます。

量子キー分布
従来のマイクロ波フォトニックアプリケーションの強化に加えて、量子技術は量子キー分布（QKD）などの量子通信システムを改善することもできます。研究者は、マルチプレックスマイクロ波フォトンサブキャリアをQuantum Key Distribution（QKD）システムにマルチプレックスすることにより、サブキャリアマルチプレックス量子キー分布（SCM-QKD）を実証しました。これにより、複数の独立した量子キーを単一の波長の光に渡ることができ、それによりスペクトル効率が向上します。
図2は、デュアルキャリアSCM-QKDシステムの概念と実験結果を示しています。

量子マイクロ波フォトニクス技術は有望ですが、まだいくつかの課題があります。
1.限られたリアルタイム機能：現在のシステムには、信号を再構築するために多くの蓄積時間が必要です。
2。バースト/単一シグナルを扱う困難：再構築の統計的性質により、非回復信号への適用性が制限されます。
3。再構築されたヒストグラムを使用可能な波形に変換するには、実際のマイクロ波に変換されます。追加の手順が必要です。
4。デバイスの特性：組み合わせたシステムにおける量子およびマイクロ波フォトニックデバイスの動作のさらなる研究が必要です。
5。統合：今日のほとんどのシステムは、かさばる離散コンポーネントを使用しています。

これらの課題に対処し、フィールドを前進させるために、多くの有望な研究方向が出現しています。
1.リアルタイム信号処理と単一の検出のための新しい方法を開発します。
2。液体ミクロスフェア測定など、高感度を利用する新しいアプリケーションを探索します。
3.統合された光子と電子の実現を追求して、サイズと複雑さを減らします。
4.統合された量子マイクロ波フォトニック回路における強化された光と物質の相互作用を研究します。
5.量子マイクロ波光子技術と他の新興量子技術を組み合わせます。