technologie optique quantique à micro-ondes

Quantumoptique micro-ondestechnologie
technologie optique micro-ondesLa photonique micro-ondes est devenue un domaine puissant, combinant les avantages des technologies optiques et micro-ondes pour le traitement du signal, les communications, la détection et d'autres applications. Cependant, les systèmes photoniques micro-ondes conventionnels présentent des limitations importantes, notamment en termes de bande passante et de sensibilité. Pour surmonter ces difficultés, les chercheurs explorent la photonique micro-ondes quantique, un nouveau domaine prometteur qui associe les concepts de la physique quantique à ceux de la photonique micro-ondes.

Principes fondamentaux de la technologie optique quantique micro-ondes
L'objectif principal de la technologie optique quantique à micro-ondes est de remplacer l'optique traditionnelle.photodétecteurdans leliaison photonique micro-ondesavec un photodétecteur à photon unique haute sensibilité. Ceci permet au système de fonctionner à des niveaux de puissance optique extrêmement faibles, voire au niveau du photon unique, tout en augmentant potentiellement la bande passante.
Les systèmes photoniques micro-ondes quantiques typiques comprennent : 1. Sources de photons uniques (par exemple, lasers atténués) 2.Modulateur électro-optique3. Composant de traitement du signal optique pour l'encodage des signaux micro-ondes/RF. 4. Détecteurs de photons uniques (ex. : détecteurs à nanofils supraconducteurs). 5. Dispositifs électroniques de comptage de photons uniques dépendant du temps (TCSPC).
La figure 1 montre la comparaison entre les liaisons photoniques micro-ondes traditionnelles et les liaisons photoniques micro-ondes quantiques :

La principale différence réside dans l'utilisation de détecteurs de photons uniques et de modules TCSPC au lieu de photodiodes rapides. Ceci permet la détection de signaux extrêmement faibles, tout en repoussant les limites de la bande passante des photodétecteurs traditionnels.

schéma de détection de photons uniques
Le dispositif de détection de photons uniques est crucial pour les systèmes quantiques à micro-ondes. Son principe de fonctionnement est le suivant : 1. Un signal de déclenchement périodique, synchronisé avec le signal mesuré, est envoyé au module TCSPC. 2. Le détecteur de photons uniques génère une série d'impulsions correspondant aux photons détectés. 3. Le module TCSPC mesure l'intervalle de temps entre le signal de déclenchement et chaque photon détecté. 4. Après plusieurs cycles de déclenchement, l'histogramme des temps de détection est établi. 5. Cet histogramme permet de reconstruire la forme d'onde du signal original. Mathématiquement, on peut démontrer que la probabilité de détecter un photon à un instant donné est proportionnelle à la puissance optique à cet instant. Par conséquent, l'histogramme des temps de détection représente fidèlement la forme d'onde du signal mesuré.

Principaux avantages de la technologie optique quantique micro-ondes
Comparée aux systèmes optiques micro-ondes traditionnels, la photonique micro-ondes quantique présente plusieurs avantages clés : 1. Sensibilité ultra-élevée : détection de signaux extrêmement faibles, jusqu’au niveau du photon unique. 2. Bande passante accrue : non limitée par la bande passante du photodétecteur, elle est uniquement affectée par la gigue temporelle du détecteur de photons uniques. 3. Meilleure résistance aux interférences : la reconstruction TCSPC permet de filtrer les signaux non synchronisés avec le déclencheur. 4. Faible bruit : élimination du bruit induit par la détection et l’amplification photoélectriques traditionnelles.