ควอนตัมไมโครเวฟเทคโนโลยีออพติคอล

ควอนตัมออปติคัลไมโครเวฟเทคโนโลยี
เทคโนโลยีออปติคัลไมโครเวฟได้กลายเป็นสนามที่ทรงพลังโดยรวมข้อดีของเทคโนโลยีออพติคอลและไมโครเวฟในการประมวลผลสัญญาณการสื่อสารการรับรู้และด้านอื่น ๆ อย่างไรก็ตามระบบโทนิคไมโครเวฟทั่วไปต้องเผชิญกับข้อ จำกัด ที่สำคัญบางประการโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของแบนด์วิดท์และความไว เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้นักวิจัยกำลังเริ่มสำรวจควอนตัมไมโครเวฟโฟโตนิกส์ซึ่งเป็นสาขาใหม่ที่น่าตื่นเต้นซึ่งรวมแนวคิดของเทคโนโลยีควอนตัมเข้ากับไมโครเวฟโฟโตนิกส์

พื้นฐานของเทคโนโลยีออพติคอลควอนตัมควอนตัม
แกนกลางของเทคโนโลยีออปติคัลควอนตัมไมโครเวฟคือการแทนที่ออปติคัลแบบดั้งเดิมเครื่องตรวจจับแสงในลิงค์โฟตอนไมโครเวฟด้วยโฟตอนโฟตอนเดี่ยวที่มีความไวสูง สิ่งนี้ช่วยให้ระบบทำงานในระดับพลังงานแสงที่ต่ำมากแม้จะอยู่ในระดับโฟตอนเดียวในขณะที่อาจเพิ่มแบนด์วิดท์
ระบบโฟตอนไมโครเวฟควอนตัมทั่วไป ได้แก่ : 1. แหล่งโฟตอนเดี่ยว (เช่นเลเซอร์ที่ลดทอนลง 2เครื่องปรับอากาศสำหรับการเข้ารหัสสัญญาณไมโครเวฟ/RF 3. ส่วนประกอบการประมวลผลสัญญาณออปติคัล 4 เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว (เช่นเครื่องตรวจจับ nanowire superconducting) 5. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ขึ้นอยู่กับการนับโฟตอนเดี่ยวตามเวลา
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างลิงก์โฟตอนไมโครเวฟแบบดั้งเดิมและลิงก์โฟตอนไมโครเวฟควอนตัม:

ความแตกต่างที่สำคัญคือการใช้เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวและโมดูล TCSPC แทนโฟโตไดโอดความเร็วสูง สิ่งนี้ช่วยให้การตรวจจับสัญญาณที่อ่อนแออย่างยิ่งในขณะที่หวังว่าจะผลักดันแบนด์วิดท์เกินขอบเขตของเครื่องตรวจจับแสงแบบดั้งเดิม

โครงการตรวจจับโฟตอนเดี่ยว
รูปแบบการตรวจจับโฟตอนเดียวมีความสำคัญมากสำหรับระบบโฟตอนควอนตัมไมโครเวฟ หลักการทำงานมีดังนี้: 1. สัญญาณทริกเกอร์เป็นระยะที่ซิงโครไนซ์กับสัญญาณที่วัดจะถูกส่งไปยังโมดูล TCSPC 2. เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวส่งออกชุดของพัลส์ที่แสดงถึงโฟตอนที่ตรวจพบ 3. โมดูล TCSPC วัดความแตกต่างของเวลาระหว่างสัญญาณทริกเกอร์และโฟตอนที่ตรวจพบแต่ละอัน 4. หลังจากลูปทริกเกอร์หลายครั้งฮิสโตแกรมเวลาตรวจจับจะถูกสร้างขึ้น 5. ฮิสโตแกรมสามารถสร้างรูปคลื่นของสัญญาณดั้งเดิมได้ใหม่สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าความน่าจะเป็นในการตรวจจับโฟตอนในเวลาที่กำหนดนั้นเป็นสัดส่วนกับพลังงานแสงในเวลานั้น ดังนั้นฮิสโตแกรมของเวลาตรวจจับสามารถแสดงรูปคลื่นของสัญญาณที่วัดได้อย่างถูกต้อง

ข้อดีที่สำคัญของเทคโนโลยีออพติคอลควอนตัมควอนตัม
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบออปติคัลไมโครเวฟแบบดั้งเดิมแล้วควอนตัมไมโครเวฟโฟโตนิกส์มีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการ: 1. ความไวสูงเป็นพิเศษ: ตรวจพบสัญญาณที่อ่อนแออย่างมากลงไปจนถึงระดับโฟตอนเดียว 2. แบนด์วิดท์เพิ่มขึ้น: ไม่ จำกัด ด้วยแบนด์วิดท์ของเครื่องตรวจจับแสงซึ่งได้รับผลกระทบจากการกระวนกระวายใจของเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเท่านั้น 3. การต่อต้านการแทรกแซงที่ปรับปรุงแล้ว: การสร้าง TCSPC สามารถกรองสัญญาณที่ไม่ได้ล็อคกับทริกเกอร์ 4. เสียงรบกวนที่ต่ำกว่า: หลีกเลี่ยงเสียงรบกวนที่เกิดจากการตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกแบบดั้งเดิมและการขยาย