Application de la technologie photonique quantique micro-ondes

Application de la physique quantiquetechnologie photonique micro-ondes

Détection de signaux faibles
L'une des applications les plus prometteuses de la photonique quantique micro-ondes est la détection de signaux micro-ondes/radiofréquences extrêmement faibles. Grâce à la détection de photons uniques, ces systèmes sont bien plus sensibles que les méthodes traditionnelles. Par exemple, des chercheurs ont mis au point un système photonique quantique micro-ondes capable de détecter des signaux aussi faibles que -112,8 dBm sans amplification électronique. Cette ultra-haute sensibilité le rend idéal pour des applications telles que les communications spatiales lointaines.

photonique micro-ondestraitement du signal
La photonique quantique micro-ondes met également en œuvre des fonctions de traitement du signal à large bande passante, telles que le déphasage et le filtrage. En utilisant un élément optique dispersif et en ajustant la longueur d'onde de la lumière, les chercheurs ont démontré qu'il est possible d'obtenir des déphasages RF jusqu'à 8 GHz et des bandes passantes de filtrage RF jusqu'à 8 GHz. Point important, ces performances sont toutes obtenues avec une électronique fonctionnant à 3 GHz, ce qui démontre que les limites de bande passante traditionnelles sont dépassées.

Conversion non locale de la fréquence en temps
L'une des propriétés intéressantes de l'intrication quantique est la conversion non locale de la fréquence en temps. Cette technique permet de convertir le spectre d'une source de photons uniques pompée par onde continue en un domaine temporel distant. Le système utilise des paires de photons intriqués : un faisceau traverse un filtre spectral tandis que l'autre traverse un élément dispersif. Du fait de la dépendance fréquentielle des photons intriqués, le mode de filtrage spectral est converti de manière non locale en domaine temporel.
La figure 1 illustre ce concept :

Cette méthode permet de réaliser des mesures spectrales flexibles sans manipuler directement la source lumineuse mesurée.

Détection compressée
Quantumoptique micro-ondesCette technologie offre également une nouvelle méthode de compression de signaux à large bande. En exploitant l'aléatoire inhérent à la détection quantique, des chercheurs ont mis au point un système de compression quantique capable de récupérer…RF 10 GHzLe système module le signal RF en fonction de l'état de polarisation du photon cohérent. La détection de photons uniques fournit alors une matrice de mesure aléatoire naturelle pour l'acquisition compressée. De cette manière, le signal à large bande peut être reconstitué à la fréquence d'échantillonnage de Yarnyquist.

Distribution de clés quantiques
Outre l'amélioration des applications photoniques micro-ondes traditionnelles, la technologie quantique peut également optimiser les systèmes de communication quantique, tels que la distribution de clés quantiques (QKD). Les chercheurs ont démontré la distribution de clés quantiques par multiplexage de sous-porteuses (SCM-QKD) en multiplexant des photons micro-ondes en sous-porteuses sur un système de distribution de clés quantiques (QKD). Ceci permet la transmission de plusieurs clés quantiques indépendantes sur une seule longueur d'onde, augmentant ainsi l'efficacité spectrale.
La figure 2 illustre le concept et les résultats expérimentaux du système SCM-QKD à double porteuse :

Bien que la technologie photonique quantique micro-ondes soit prometteuse, il subsiste encore certains défis :
1. Capacité en temps réel limitée : Le système actuel nécessite un temps d'accumulation important pour reconstruire le signal.
2. Difficulté à traiter les signaux en rafale/uniques : la nature statistique de la reconstruction limite son applicabilité aux signaux non répétitifs.
3. Conversion en une forme d'onde micro-ondes réelle : des étapes supplémentaires sont nécessaires pour convertir l'histogramme reconstruit en une forme d'onde utilisable.
4. Caractéristiques du dispositif : Une étude plus approfondie du comportement des dispositifs photoniques quantiques et micro-ondes dans les systèmes combinés est nécessaire.
5. Intégration : La plupart des systèmes actuels utilisent des composants discrets encombrants.

Pour relever ces défis et faire progresser le domaine, plusieurs pistes de recherche prometteuses émergent :
1. Développer de nouvelles méthodes de traitement du signal en temps réel et de détection unique.
2. Explorer de nouvelles applications qui exploitent une haute sensibilité, telles que la mesure de microsphères liquides.
3. Poursuivre la réalisation de photons et d'électrons intégrés afin de réduire la taille et la complexité.
4. Étudier l'interaction lumière-matière améliorée dans les circuits photoniques micro-ondes quantiques intégrés.
5. Combiner la technologie des photons micro-ondes quantiques avec d'autres technologies quantiques émergentes.