क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

क्वांटम का अनुप्रयोगमाइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी

कमजोर सिग्नल का पता लगाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक के सबसे आशाजनक अनुप्रयोगों में से एक अत्यंत कमजोर माइक्रोवेव/आरएफ संकेतों का पता लगाना है। एकल फोटॉन डिटेक्शन का उपयोग करके, ये प्रणालियाँ पारंपरिक विधियों की तुलना में कहीं अधिक संवेदनशील होती हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो बिना किसी इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धन के -112.8 डीबीएम जितने कम सिग्नल का पता लगा सकती है। यह अति-उच्च संवेदनशीलता इसे गहरे अंतरिक्ष संचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

माइक्रोवेव फोटोनिक्ससंकेत आगे बढ़ाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स फेज शिफ्टिंग और फिल्टरिंग जैसे उच्च-बैंडविड्थ सिग्नल प्रोसेसिंग कार्यों को भी लागू करता है। एक विसरित ऑप्टिकल तत्व का उपयोग करके और प्रकाश की तरंगदैर्ध्य को समायोजित करके, शोधकर्ताओं ने यह प्रदर्शित किया कि 8 GHz तक RF फेज शिफ्ट और 8 GHz तक RF फिल्टरिंग बैंडविड्थ प्राप्त की जा सकती है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ये सभी विशेषताएं 3 GHz इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्राप्त की गई हैं, जो दर्शाता है कि इसका प्रदर्शन पारंपरिक बैंडविड्थ सीमाओं से कहीं अधिक है।

समय के लिए गैर-स्थानीय आवृत्ति मैपिंग
क्वांटम एंटैंगलमेंट की एक दिलचस्प क्षमता है, जो नॉन-लोकल आवृत्ति को समय में मैप करने की क्षमता प्रदान करती है। यह तकनीक निरंतर-तरंग द्वारा पंप किए गए एकल-फोटॉन स्रोत के स्पेक्ट्रम को दूरस्थ स्थान पर समय डोमेन में मैप कर सकती है। इस प्रणाली में एंटैंगल्ड फोटॉन युग्मों का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक किरण स्पेक्ट्रल फिल्टर से होकर गुजरती है और दूसरी किरण डिस्पर्सिव तत्व से होकर गुजरती है। एंटैंगल्ड फोटॉनों की आवृत्ति निर्भरता के कारण, स्पेक्ट्रल फिल्टरिंग मोड को नॉन-लोकल रूप से समय डोमेन में मैप किया जाता है।
चित्र 1 इस अवधारणा को दर्शाता है:

इस विधि से मापे जाने वाले प्रकाश स्रोत में सीधे हेरफेर किए बिना लचीला स्पेक्ट्रल माप प्राप्त किया जा सकता है।

संपीड़ित संवेदन
मात्रामाइक्रोवेव ऑप्टिकलयह तकनीक ब्रॉडबैंड संकेतों के संपीड़ित संवेदन के लिए एक नई विधि भी प्रदान करती है। क्वांटम पहचान में निहित यादृच्छिकता का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम संपीड़ित संवेदन प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो पुनर्प्राप्त करने में सक्षम है।10 GHz RFस्पेक्ट्रा। यह प्रणाली आरएफ सिग्नल को सुसंगत फोटॉन की ध्रुवीकरण अवस्था में मॉड्यूलेट करती है। एकल-फोटॉन डिटेक्शन संपीड़ित संवेदन के लिए एक प्राकृतिक यादृच्छिक माप मैट्रिक्स प्रदान करता है। इस तरह, ब्रॉडबैंड सिग्नल को यार्निक्विस्ट सैंपलिंग दर पर पुनर्स्थापित किया जा सकता है।

क्वांटम कुंजी वितरण
पारंपरिक माइक्रोवेव फोटोनिक अनुप्रयोगों को बेहतर बनाने के अलावा, क्वांटम तकनीक क्वांटम संचार प्रणालियों जैसे क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) को भी बेहतर बना सकती है। शोधकर्ताओं ने क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) प्रणाली पर माइक्रोवेव फोटॉन सबकैरियर को मल्टीप्लेक्स करके सबकैरियर मल्टीप्लेक्स क्वांटम कुंजी वितरण (एससीएम-क्यूकेडी) का प्रदर्शन किया। इससे प्रकाश की एक ही तरंगदैर्ध्य पर कई स्वतंत्र क्वांटम कुंजियों को प्रसारित किया जा सकता है, जिससे स्पेक्ट्रल दक्षता बढ़ जाती है।
चित्र 2 में ड्यूल-कैरियर एससीएम-क्यूकेडी सिस्टम की अवधारणा और प्रायोगिक परिणाम दर्शाए गए हैं:

हालांकि क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक आशाजनक है, फिर भी कुछ चुनौतियां मौजूद हैं:
1. सीमित रीयल-टाइम क्षमता: वर्तमान सिस्टम को सिग्नल को पुनर्निर्मित करने के लिए बहुत अधिक संचय समय की आवश्यकता होती है।
2. बर्स्ट/सिंगल सिग्नल से निपटने में कठिनाई: पुनर्निर्माण की सांख्यिकीय प्रकृति इसकी प्रयोज्यता को गैर-दोहराव वाले सिग्नल तक सीमित करती है।
3. वास्तविक माइक्रोवेव तरंगरूप में परिवर्तित करें: पुनर्निर्मित हिस्टोग्राम को प्रयोग करने योग्य तरंगरूप में परिवर्तित करने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है।
4. उपकरण की विशेषताएं: संयुक्त प्रणालियों में क्वांटम और माइक्रोवेव फोटोनिक उपकरणों के व्यवहार का आगे अध्ययन करने की आवश्यकता है।
5. एकीकरण: आजकल अधिकांश प्रणालियाँ भारी-भरकम असतत घटकों का उपयोग करती हैं।

इन चुनौतियों का समाधान करने और इस क्षेत्र को आगे बढ़ाने के लिए, कई आशाजनक अनुसंधान दिशाएँ उभर रही हैं:
1. वास्तविक समय सिग्नल प्रोसेसिंग और एकल पहचान के लिए नई विधियों का विकास करना।
2. उच्च संवेदनशीलता का उपयोग करने वाले नए अनुप्रयोगों का पता लगाएं, जैसे कि तरल माइक्रोस्फीयर माप।
3. आकार और जटिलता को कम करने के लिए एकीकृत फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की प्राप्ति की दिशा में प्रयास करें।
4. एकीकृत क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक सर्किट में प्रकाश-पदार्थ की बढ़ी हुई परस्पर क्रिया का अध्ययन करें।
5. क्वांटम माइक्रोवेव फोटॉन प्रौद्योगिकी को अन्य उभरती हुई क्वांटम प्रौद्योगिकियों के साथ संयोजित करें।