क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

क्वांटम का अनुप्रयोगमाइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी

कमजोर संकेत पता लगाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक के सबसे होनहार अनुप्रयोगों में से एक बेहद कमजोर माइक्रोवेव/आरएफ सिग्नल का पता लगाना है। सिंगल 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 किसी भी इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धन के बिना -112.8 डीबीएम के रूप में संकेतों का पता लगा सकता है। यह अल्ट्रा-हाई संवेदनशीलता इसे डीप स्पेस कम्युनिकेशंस जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

माइक्रोवेव फोटोनिक्ससंकेत आगे बढ़ाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स भी उच्च-बैंडविड्थ सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन जैसे चरण शिफ्टिंग और फ़िल्टरिंग को लागू करता है। एक फैलाने वाले ऑप्टिकल तत्व का उपयोग करके और प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को समायोजित करके, शोधकर्ताओं ने इस तथ्य का प्रदर्शन किया कि आरएफ चरण 8 गीगाहर्ट्ज आरएफ फ़िल्टरिंग बैंडविथ्स तक 8 गीगाहर्ट्ज तक बदल जाता है। महत्वपूर्ण रूप से, इन सुविधाओं को 3 गीगाहर्ट्ज इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, जो दर्शाता है कि प्रदर्शन पारंपरिक बैंडविड्थ सीमा से अधिक है

समय मानचित्रण के लिए गैर-स्थानीय आवृत्ति
क्वांटम उलझाव द्वारा लाई गई एक दिलचस्प क्षमता समय के लिए गैर-स्थानीय आवृत्ति की मैपिंग है। यह तकनीक एक दूरस्थ स्थान पर एक समय डोमेन के लिए एक निरंतर-लहर पंप वाले एकल-फोटॉन स्रोत के स्पेक्ट्रम को मैप कर सकती है। सिस्टम उलझे हुए फोटॉन जोड़े का उपयोग करता है जिसमें एक बीम एक वर्णक्रमीय फिल्टर से गुजरता है और दूसरा एक फैलाव तत्व से गुजरता 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 दिखाता है:

यह विधि मापा प्रकाश स्रोत को सीधे हेरफेर किए बिना लचीली वर्णक्रमीय माप प्राप्त कर सकती है।

संपीड़ित संवेदन
मात्रामाइक्रोवेव ऑप्टिकलप्रौद्योगिकी ब्रॉडबैंड संकेतों के 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 ठीक होने में सक्षम है10 गीगाहर्ट्ज आरएफस्पेक्ट्रा। सिस्टम आरएफ सिग्नल को सुसंगत फोटॉन के ध्रुवीकरण की स्थिति में संशोधित करता है। सिंगल-फोटॉन डिटेक्शन तब संपीड़ित संवेदन के लिए एक प्राकृतिक यादृच्छिक माप मैट्रिक्स प्रदान करता है। इस तरह, ब्रॉडबैंड सिग्नल को यारनीक्विस्ट नमूनाकरण दर पर बहाल किया जा सकता है।

मात्रा कुंजी वितरण
पारंपरिक माइक्रोवेव फोटोनिक अनुप्रयोगों को बढ़ाने के अलावा, क्वांटम प्रौद्योगिकी क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) जैसे क्वांटम संचार प्रणालियों में भी सुधार कर सकती है। शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) प्रणाली पर माइक्रोवेव फोटॉन सबकारियर को मल्टीप्लेक्स करके सबकारियर मल्टीप्लेक्स क्वांटम कुंजी वितरण (SCM-QKD) का प्रदर्शन किया। यह कई स्वतंत्र क्वांटम कुंजियों को प्रकाश के एक एकल तरंग दैर्ध्य पर प्रेषित करने की अनुमति देता है, जिससे वर्णक्रमीय दक्षता बढ़ जाती है।
चित्रा 2 दोहरी-वाहक SCM-QKD प्रणाली की अवधारणा और प्रयोगात्मक परिणामों को दर्शाता है:

हालांकि क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक आशाजनक है, फिर भी कुछ चुनौतियां हैं:
1। सीमित वास्तविक समय की क्षमता: वर्तमान प्रणाली को सिग्नल को फिर से बनाने के लिए बहुत अधिक संचय समय की आवश्यकता होती है।
2। फट/एकल संकेतों से निपटने में कठिनाई: पुनर्निर्माण की सांख्यिकीय प्रकृति गैर-दोहराने वाले संकेतों के लिए इसकी प्रयोज्यता को सीमित करती है।
3। एक वास्तविक माइक्रोवेव तरंग में परिवर्तित करें: पुनर्निर्मित हिस्टोग्राम को एक प्रयोग करने योग्य तरंग में परिवर्तित करने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है।
4। डिवाइस विशेषताएं: संयुक्त प्रणालियों में क्वांटम और माइक्रोवेव फोटोनिक उपकरणों के व्यवहार के आगे के अध्ययन की आवश्यकता है।
5। एकीकरण: अधिकांश सिस्टम आज भारी असतत घटकों का उपयोग करते हैं।

इन चुनौतियों का समाधान करने और क्षेत्र को आगे बढ़ाने के लिए, कई आशाजनक अनुसंधान दिशाएँ उभर रही हैं:
1। वास्तविक समय सिग्नल प्रोसेसिंग और सिंगल डिटेक्शन के लिए नए तरीके विकसित करें।
2। नए अनुप्रयोगों का अन्वेषण करें जो उच्च संवेदनशीलता का उपयोग करते हैं, जैसे कि तरल माइक्रोसेफियर माप।
3। आकार और जटिलता को कम करने के लिए एकीकृत फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की प्राप्ति का पीछा करें।
4। एकीकृत क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक सर्किट में बढ़ाया प्रकाश-मैटर इंटरैक्शन का अध्ययन करें।
5। अन्य उभरती हुई क्वांटम प्रौद्योगिकियों के साथ क्वांटम माइक्रोवेव फोटॉन प्रौद्योगिकी को मिलाएं।