Application de la technologie de la photonique micro-ondes quantique

Application de la physique quantiquetechnologie photonique micro-ondes

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

Photonique micro-ondestraitement du signal
La photonique micro-ondes quantique 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 que les déphasages RF atteignent jusqu'à 8 GHz, permettant ainsi le filtrage RF. Il est important de noter que ces fonctionnalités sont toutes réalisées grâce à une électronique à 3 GHz, ce qui démontre que les performances dépassent les limites de bande passante traditionnelles.

Cartographie de la fréquence non locale en fonction du temps
Une fonctionnalité intéressante apportée par l'intrication quantique est la correspondance entre fréquence non locale et temps. Cette technique permet de cartographier le spectre d'une source de photons uniques pompée par onde continue dans un domaine temporel distant. Le système utilise des paires de photons intriqués, dont un faisceau traverse un filtre spectral et l'autre un élément dispersif. En raison de la dépendance en fréquence des photons intriqués, le mode de filtrage spectral est cartographié de manière non locale dans le domaine temporel.
La figure 1 illustre ce concept :

Cette méthode permet d’obtenir une mesure spectrale flexible sans manipuler directement la source lumineuse mesurée.

Détection compressée
Quantumoptique micro-ondesCette technologie offre également une nouvelle méthode de détection compressée des signaux à large bande. En utilisant le caractère aléatoire inhérent à la détection quantique, des chercheurs ont mis au point un système de détection quantique compressée capable de récupérerRF 10 GHzSpectres. Le système module le signal RF selon l'état de polarisation du photon cohérent. La détection de photons uniques fournit ensuite une matrice de mesure aléatoire naturelle pour une détection compressée. De cette façon, le signal large bande peut être restauré 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 améliorer les systèmes de communication quantique tels que la distribution quantique de clés (QKD). Les chercheurs ont démontré la distribution quantique de clés multiplexées par sous-porteuses (SCM-QKD) en multiplexant les sous-porteuses de photons micro-ondes sur un système de distribution quantique de clés (QKD). Cela permet de transmettre plusieurs clés quantiques indépendantes sur une même longueur d'onde lumineuse, augmentant ainsi l'efficacité spectrale.
La figure 2 montre le concept et les résultats expérimentaux du système SCM-QKD à double porteuse :

Bien que la technologie de la photonique micro-onde quantique soit prometteuse, certains défis subsistent :
1. Capacité limitée en temps réel : le système actuel nécessite beaucoup de temps d’accumulation 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-onde 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 volumineux.

Pour relever ces défis et faire progresser le domaine, un certain nombre de directions 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 utilisent une sensibilité élevée, comme la mesure de microsphères liquides.
3. Poursuivre la réalisation de photons et d’électrons intégrés pour 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.