Application de la technologie photonique micro-onde quantique

Application du quantiquetechnologie photonique à micro-ondes

Détection de signal faible
L’une des applications les plus prometteuses de la technologie photonique quantique micro-ondes est la détection de signaux micro-ondes/RF extrêmement faibles. En utilisant la détection d'un photon unique, ces systèmes sont beaucoup plus sensibles que les méthodes traditionnelles. Par exemple, les chercheurs ont démontré un système photonique quantique à micro-ondes capable de 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 dans l’espace lointain.

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 que les déphasages RF jusqu'à 8 GHz filtrent les bandes passantes jusqu'à 8 GHz. Il est important de noter que ces fonctionnalités sont toutes réalisées à l'aide d'une électronique 3 GHz, ce qui montre que les performances dépassent les limites de bande passante traditionnelles.

Mappage non local de fréquence et de temps
Une capacité intéressante apportée par l’intrication quantique est la cartographie de la fréquence non locale en fonction du temps. Cette technique peut cartographier le spectre d’une source monophotonique pompée en onde continue dans un domaine temporel situé à un emplacement distant. Le système utilise des paires de photons intriqués dans lesquelles un faisceau passe à travers un filtre spectral et l'autre à travers un élément dispersif. En raison de la dépendance en fréquence des photons intriqués, le mode de filtrage spectral est mappé de manière non locale sur 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-ondesLa technologie fournit également une nouvelle méthode de détection compressée des signaux à large bande. En utilisant le caractère aléatoire inhérent à la détection quantique, les chercheurs ont démontré un système de détection quantique compressé capable de récupérerRF 10 GHzspectres. Le système module le signal RF selon l'état de polarisation du photon cohérent. La détection d'un photon unique fournit alors une matrice de mesure aléatoire naturelle pour la détection compressée. De cette manière, le signal haut débit peut être restauré à la fréquence d'échantillonnage de Yarnyquist.

Distribution de clés quantiques
En plus d'améliorer les applications photoniques micro-ondes traditionnelles, la technologie quantique peut également améliorer les systèmes de communication quantique tels que la distribution de clés quantiques (QKD). Les chercheurs ont démontré la distribution de clés quantiques multiplexées de sous-porteuses (SCM-QKD) en multiplexant la sous-porteuse de photons micro-ondes sur un système de distribution de clés quantiques (QKD). Cela permet de transmettre plusieurs clés quantiques indépendantes sur une seule longueur d’onde de lumière, 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 photonique quantique à micro-ondes 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. Convertir 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 des dispositifs : une étude plus approfondie du comportement des dispositifs photoniques quantiques et micro-ondes dans des systèmes combinés est nécessaire.
5. Intégration : La plupart des systèmes utilisent aujourd'hui 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. Explorez de nouvelles applications utilisant une sensibilité élevée, telles que la mesure des 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 quantique des photons micro-ondes avec d’autres technologies quantiques émergentes.