क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

क्वांटम का अनुप्रयोगमाइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी

कमज़ोर सिग्नल का पता लगाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक के सबसे आशाजनक अनुप्रयोगों में से एक अत्यंत कमज़ोर माइक्रोवेव/आरएफ संकेतों का पता लगाना है। एकल फोटॉन डिटेक्शन का उपयोग करके, ये सिस्टम पारंपरिक तरीकों की तुलना में कहीं अधिक संवेदनशील हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक सिस्टम का प्रदर्शन किया है जो बिना किसी इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धन के -112.8 डीबीएम तक के संकेतों का पता लगा सकता 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 फ़िल्टरिंग जैसे हाई-बैंडविड्थ सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन भी लागू करता है। एक फैलाव ऑप्टिकल तत्व का उपयोग करके और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को समायोजित करके, शोधकर्ताओं ने इस तथ्य को प्रदर्शित किया कि आरएफ चरण 8 गीगाहर्ट्ज तक आरएफ फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ को 8 गीगाहर्ट्ज तक बदल देता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ये सभी सुविधाएँ 3 गीगाहर्ट्ज इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्राप्त की जाती हैं, जो दर्शाता है कि प्रदर्शन पारंपरिक बैंडविड्थ सीमाओं से अधिक है

गैर-स्थानीय आवृत्ति से समय मानचित्रण
क्वांटम उलझाव द्वारा लाई गई एक दिलचस्प क्षमता गैर-स्थानीय आवृत्ति को समय के अनुसार मैप करना है। यह तकनीक एक निरंतर-तरंग पंप किए गए एकल-फ़ोटॉन स्रोत के स्पेक्ट्रम को दूरस्थ स्थान पर समय डोमेन में मैप कर सकती है। सिस्टम उलझे हुए फोटॉन जोड़े का उपयोग करता है जिसमें एक किरण एक स्पेक्ट्रल फ़िल्टर से होकर गुजरती है और दूसरी एक फैलाव तत्व से होकर गुजरती है। उलझे हुए फोटॉनों की आवृत्ति निर्भरता के कारण, स्पेक्ट्रल फ़िल्टरिंग मोड को गैर-स्थानीय रूप से समय डोमेन में मैप किया जाता है।
चित्र 1 इस अवधारणा को दर्शाता है:

इस विधि से मापे गए प्रकाश स्रोत में सीधे परिवर्तन किए बिना लचीला वर्णक्रमीय माप प्राप्त किया जा सकता है।

संपीड़ित संवेदन
मात्रामाइक्रोवेव ऑप्टिकलप्रौद्योगिकी ब्रॉडबैंड संकेतों की संपीड़ित संवेदन के लिए एक नई विधि भी प्रदान करती है। क्वांटम डिटेक्शन में निहित यादृच्छिकता का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम संपीड़ित संवेदन प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो पुनर्प्राप्त करने में सक्षम है10 गीगाहर्ट्ज आरएफस्पेक्ट्रा। सिस्टम आरएफ सिग्नल को सुसंगत फोटॉन की ध्रुवीकरण स्थिति में मॉड्यूलेट करता है। सिंगल-फोटॉन डिटेक्शन तब संपीड़ित संवेदन के लिए एक प्राकृतिक यादृच्छिक माप मैट्रिक्स प्रदान करता है। इस तरह, ब्रॉडबैंड सिग्नल को यार्नीक्विस्ट सैंपलिंग दर पर बहाल किया जा सकता है।

क्वांटम कुंजी वितरण
पारंपरिक माइक्रोवेव फोटोनिक अनुप्रयोगों को बढ़ाने के अलावा, क्वांटम तकनीक क्वांटम संचार प्रणालियों जैसे क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) को भी बेहतर बना सकती है। शोधकर्ताओं ने क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) प्रणाली पर माइक्रोवेव फोटॉन सबकैरियर को मल्टीप्लेक्स करके सबकैरियर मल्टीप्लेक्स क्वांटम कुंजी वितरण (SCM-QKD) का प्रदर्शन किया। यह प्रकाश की एक तरंग दैर्ध्य पर कई स्वतंत्र क्वांटम कुंजियों को प्रसारित करने की अनुमति देता है, जिससे वर्णक्रमीय दक्षता बढ़ जाती है।
चित्र 2 में दोहरे वाहक SCM-QKD प्रणाली की अवधारणा और प्रयोगात्मक परिणाम दर्शाए गए हैं:

यद्यपि क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी आशाजनक है, फिर भी इसमें कुछ चुनौतियाँ हैं:
1. सीमित वास्तविक समय क्षमता: वर्तमान प्रणाली को सिग्नल के पुनर्निर्माण के लिए बहुत अधिक संचय समय की आवश्यकता होती है।
2. बर्स्ट/एकल संकेतों से निपटने में कठिनाई: पुनर्निर्माण की सांख्यिकीय प्रकृति गैर-दोहराव वाले संकेतों तक इसकी प्रयोज्यता को सीमित करती है।
3. वास्तविक माइक्रोवेव तरंग में परिवर्तित करें: पुनर्निर्मित हिस्टोग्राम को उपयोगी तरंग में परिवर्तित करने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है।
4. उपकरण विशेषताएँ: संयुक्त प्रणालियों में क्वांटम और माइक्रोवेव फोटोनिक उपकरणों के व्यवहार का आगे अध्ययन आवश्यक है।
5. एकीकरण: आजकल अधिकांश प्रणालियाँ भारी-भरकम पृथक घटकों का उपयोग करती हैं।

इन चुनौतियों का समाधान करने और क्षेत्र को आगे बढ़ाने के लिए, कई आशाजनक अनुसंधान दिशाएँ उभर रही हैं:
1. वास्तविक समय सिग्नल प्रसंस्करण और एकल पहचान के लिए नई विधियां विकसित करना।
2. ऐसे नए अनुप्रयोगों का अन्वेषण करें जो उच्च संवेदनशीलता का उपयोग करते हैं, जैसे कि द्रव माइक्रोस्फीयर माप।
3. आकार और जटिलता को कम करने के लिए एकीकृत फोटॉन और इलेक्ट्रॉन की प्राप्ति का प्रयास करें।
4. एकीकृत क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक सर्किट में उन्नत प्रकाश-पदार्थ अंतःक्रिया का अध्ययन करें।
5. क्वांटम माइक्रोवेव फोटॉन प्रौद्योगिकी को अन्य उभरती क्वांटम प्रौद्योगिकियों के साथ संयोजित करना।