क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

क्वांटम का अनुप्रयोगमाइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक

कमजोर 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 संसूचन का उपयोग करके, ये प्रणालियाँ पारंपरिक विधियों की तुलना में कहीं अधिक संवेदनशील हैं। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो बिना किसी इलेक्ट्रॉनिक प्रवर्धन के -112.8 dBm तक के कम संकेतों का पता लगा सकती है। यह अति-उच्च संवेदनशीलता इसे अंतरिक्ष संचार जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

माइक्रोवेव फोटोनिक्ससंकेत आगे बढ़ाना
क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स उच्च-बैंडविड्थ सिग्नल प्रोसेसिंग फ़ंक्शन जैसे फेज़ शिफ्टिंग और फ़िल्टरिंग को भी क्रियान्वित करता है। एक फैलावकारी ऑप्टिकल तत्व का उपयोग करके और प्रकाश की तरंगदैर्ध्य को समायोजित करके, शोधकर्ताओं ने यह तथ्य प्रदर्शित किया है कि आरएफ फेज़ शिफ्ट 8 गीगाहर्ट्ज़ तक की आरएफ फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ को 8 गीगाहर्ट्ज़ तक बढ़ा देता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ये सभी विशेषताएँ 3 गीगाहर्ट्ज़ इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्राप्त की जाती हैं, जो दर्शाता है कि प्रदर्शन पारंपरिक बैंडविड्थ सीमाओं से आगे निकल जाता है।

गैर-स्थानीय आवृत्ति से समय मानचित्रण
क्वांटम उलझाव द्वारा उत्पन्न एक रोचक क्षमता गैर-स्थानीय आवृत्ति का समय के साथ मानचित्रण है। यह तकनीक एक सतत-तरंग पंप किए गए एकल-फोटॉन स्रोत के स्पेक्ट्रम को किसी दूरस्थ स्थान पर समय क्षेत्र में मानचित्रित कर सकती है। यह प्रणाली उलझे हुए फोटॉन युग्मों का उपयोग करती है जिसमें एक किरण एक वर्णक्रमीय फ़िल्टर से होकर गुजरती है और दूसरी एक परिक्षेपक तत्व से होकर गुजरती है। उलझे हुए फोटॉनों की आवृत्ति पर निर्भरता के कारण, वर्णक्रमीय फ़िल्टरिंग मोड को गैर-स्थानीय रूप से समय क्षेत्र में मानचित्रित 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 ऑप्टिकलयह तकनीक ब्रॉडबैंड सिग्नलों के संपीड़ित संवेदन के लिए एक नई विधि भी प्रदान करती है। क्वांटम संसूचन में निहित यादृच्छिकता का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम संपीड़ित संवेदन प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो पुनर्प्राप्ति में सक्षम है।10 गीगाहर्ट्ज आरएफस्पेक्ट्रा। यह प्रणाली आरएफ सिग्नल को सुसंगत फोटॉन की ध्रुवीकरण अवस्था में परिवर्तित करती है। एकल-फोटॉन संसूचन तब संपीड़ित संवेदन के लिए एक प्राकृतिक यादृच्छिक माप मैट्रिक्स प्रदान करता है। इस प्रकार, ब्रॉडबैंड सिग्नल को यार्नीक्विस्ट नमूनाकरण 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 (QKD) को भी बेहतर बना सकती है। शोधकर्ताओं ने क्वांटम कुंजी वितरण (QKD) प्रणाली पर माइक्रोवेव फोटॉनों के सबकैरियर को मल्टीप्लेक्स करके सबकैरियर मल्टीप्लेक्स क्वांटम कुंजी वितरण (SCM-QKD) का प्रदर्शन किया। इससे प्रकाश की एक ही तरंगदैर्ध्य पर कई स्वतंत्र क्वांटम कुंजियों को प्रेषित किया जा सकता है, जिससे वर्णक्रमीय दक्षता में वृद्धि होती है।
चित्र 2 दोहरे वाहक एससीएम-क्यूकेडी प्रणाली की अवधारणा और प्रयोगात्मक परिणाम दर्शाता है:

यद्यपि क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स प्रौद्योगिकी आशाजनक है, फिर भी 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 सिग्नलों से निपटने में कठिनाई: पुनर्निर्माण की सांख्यिकीय प्रकृति गैर-दोहराव वाले सिग्नलों तक इसकी प्रयोज्यता को सीमित करती है।
3. वास्तविक माइक्रोवेव तरंगरूप में परिवर्तित करें: पुनर्निर्मित हिस्टोग्राम को उपयोगी तरंगरूप 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 असतत 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 मापन।
3. आकार और जटिलता को कम करने के लिए एकीकृत फोटॉन और इलेक्ट्रॉनों 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 करें।