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 बेहद कमजोर 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 प्रणाली 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 चरण शिफ्टिंग और फ़िल्टरिंग जैसे उच्च-बैंडविड्थ सिग्नल प्रोसेसिंग कार्यों को भी 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 तक आरएफ फ़िल्टरिंग बैंडविड्थ को 8 गीगाहर्ट्ज तक स्थानांतरित कर देता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ये सभी सुविधाएँ 3 गीगाहर्ट्ज इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके हासिल की जाती हैं, 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 साथ गैर-स्थानीय आवृत्ति का मानचित्रण है। यह तकनीक एक दूरस्थ स्थान पर एक समय डोमेन के लिए निरंतर-तरंग पंप वाले एकल-फोटॉन स्रोत के स्पेक्ट्रम को मैप कर सकती है। सिस्टम उलझे हुए फोटॉन जोड़े का उपयोग करता है जिसमें एक किरण एक वर्णक्रमीय फिल्टर से गुजरती है और दूसरी एक फैलाने वाले तत्व से गुजरती है। उलझे हुए फोटॉनों की आवृत्ति निर्भरता के कारण, वर्णक्रमीय फ़िल्टरिंग मोड को गैर-स्थानीय रूप से समय डोमेन पर मैप किया जाता है।
चित्र 1 इस अवधारणा को दर्शाता है:

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

संपीडित संवेदन
मात्रामाइक्रोवेव ऑप्टिकलप्रौद्योगिकी ब्रॉडबैंड सिग्नलों की संपीड़ित सेंसिंग के लिए एक नई विधि भी प्रदान करती है। क्वांटम पहचान में निहित यादृच्छिकता का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक क्वांटम संपीड़ित सेंसिंग प्रणाली का प्रदर्शन किया है जो पुनर्प्राप्त करने में सक्षम है10 गीगाहर्ट्ज़ आरएफस्पेक्ट्रा. सिस्टम आरएफ सिग्नल को सुसंगत फोटॉन की ध्रुवीकरण स्थिति में नियंत्रित करता है। एकल-फोटॉन पहचान तब संपीड़ित संवेदन के लिए एक प्राकृतिक यादृच्छिक माप मैट्रिक्स प्रदान करती है। इस तरह, ब्रॉडबैंड सिग्नल को यार्नक्विस्ट सैंपलिंग दर पर बहाल किया जा सकता है।

क्वांटम कुंजी वितरण
पारंपरिक माइक्रोवेव फोटोनिक अनुप्रयोगों को बढ़ाने के अलावा, क्वांटम तकनीक क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) जैसी क्वांटम संचार प्रणालियों में भी सुधार कर सकती है। शोधकर्ताओं ने क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) प्रणाली पर माइक्रोवेव फोटोन सबकैरियर को मल्टीप्लेक्स करके सबकैरियर मल्टीप्लेक्स क्वांटम कुंजी वितरण (एससीएम-क्यूकेडी) का प्रदर्शन किया। यह कई स्वतंत्र क्वांटम कुंजियों को प्रकाश की एक तरंग दैर्ध्य पर प्रसारित करने की अनुमति देता है, जिससे वर्णक्रमीय दक्षता बढ़ जाती है।
चित्र 2 दोहरे वाहक एससीएम-क्यूकेडी प्रणाली की अवधारणा और प्रयोगात्मक परिणाम दिखाता है:

हालाँकि क्वांटम माइक्रोवेव फोटोनिक्स तकनीक 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. विस्फोट/एकल संकेतों से निपटने में कठिनाई: पुनर्निर्माण की सांख्यिकीय प्रकृति गैर-दोहराए जाने वाले संकेतों के लिए इसकी प्रयोज्यता को 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. डिवाइस विशेषताएँ: 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 शोध दिशाएँ उभर रही हैं:
1. वास्तविक समय सिग्नल प्रोसेसिंग और एकल पहचान के लिए नए तरीके विकसित करें।
2. नए अनुप्रयोगों का अन्वेषण करें जो उच्च संवेदनशीलता का उपयोग करते हैं, जैसे कि तरल माइक्रोस्फीयर माप।
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 मिलाएं।