Technologie optique micro-onde quantique

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Technologie optique micro-ondesest devenu un domaine puissant, combinant les avantages de la technologie optique et micro-ondes dans le traitement du signal, la communication, la détection et d'autres aspects. Cependant, les systèmes photoniques micro-ondes conventionnels sont confrontés à certaines limitations clés, notamment en termes de bande passante et de sensibilité. Pour surmonter ces défis, les chercheurs commencent à explorer la photonique quantique par micro-ondes – un nouveau domaine passionnant qui combine les concepts de la technologie quantique avec la photonique par micro-ondes.

Fondamentaux de la technologie optique micro-onde quantique
Le cœur de la technologie optique micro-onde quantique est de remplacer l’optique traditionnelle.photodétecteurdans lelien photonique micro-ondesavec un photodétecteur à photon unique haute sensibilité. Cela permet au système de fonctionner à des niveaux de puissance optique extrêmement faibles, même jusqu'au niveau d'un photon unique, tout en augmentant potentiellement la bande passante.
Les systèmes de photons micro-ondes quantiques typiques comprennent : 1. Les sources à photons uniques (par exemple, les lasers atténués 2.Modulateur électro-optiquepour coder les signaux micro-ondes/RF 3. Composant de traitement du signal optique4. Détecteurs de photons uniques (par exemple, détecteurs à nanofils supraconducteurs) 5. Dispositifs électroniques de comptage de photons uniques en fonction du temps (TCSPC)
La figure 1 montre la comparaison entre les liaisons photoniques micro-ondes traditionnelles et les liaisons photons micro-ondes quantiques :

La principale différence réside dans l'utilisation de détecteurs de photons uniques et de modules TCSPC au lieu de photodiodes à grande vitesse. Cela permet de détecter des signaux extrêmement faibles, tout en poussant, espérons-le, la bande passante au-delà des limites des photodétecteurs traditionnels.

Schéma de détection d'un photon unique
Le schéma de détection de photons uniques est très important pour les systèmes quantiques de photons micro-ondes. Le principe de fonctionnement est le suivant : 1. Le signal de déclenchement périodique synchronisé avec le signal mesuré est envoyé au module TCSPC. 2. Le détecteur de photons uniques émet une série d'impulsions qui représentent les photons détectés. 3. Le module TCSPC mesure la différence de temps entre le signal de déclenchement et chaque photon détecté. 4. Après plusieurs boucles de déclenchement, l'histogramme du temps de détection est établi. 5. L'histogramme peut reconstruire la forme d'onde du signal original. Mathématiquement, on peut montrer que la probabilité de détecter un photon à un moment donné est proportionnelle à la puissance optique à ce moment-là. Par conséquent, l’histogramme du temps de détection peut représenter avec précision la forme d’onde du signal mesuré.

Principaux avantages de la technologie optique micro-onde quantique
Par rapport aux systèmes optiques micro-ondes traditionnels, la photonique quantique micro-ondes présente plusieurs avantages clés : 1. Ultra-haute sensibilité : détecte les signaux extrêmement faibles jusqu'au niveau du photon unique. 2. Augmentation de la bande passante : non limitée par la bande passante du photodétecteur, uniquement affectée par la gigue temporelle du détecteur de photon unique. 3. Anti-interférence améliorée : la reconstruction TCSPC peut filtrer les signaux qui ne sont pas verrouillés sur le déclencheur. 4. Moins de bruit : évitez le bruit causé par la détection et l’amplification photoélectriques traditionnelles.