เทคโนโลยีออปติคอลไมโครเวฟควอนตัม

ควอนตัมแสงไมโครเวฟเทคโนโลยี
เทคโนโลยีออปติคอลไมโครเวฟได้กลายเป็นสาขาที่ทรงพลัง โดยผสมผสานข้อดีของเทคโนโลยีออปติคัลและไมโครเวฟในการประมวลผลสัญญาณ การสื่อสาร การตรวจจับ และด้านอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ระบบโฟโตนิกไมโครเวฟแบบเดิมต้องเผชิญกับข้อจำกัดที่สำคัญบางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของแบนด์วิธและความไว เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ นักวิจัยกำลังเริ่มสำรวจโฟโตนิกไมโครเวฟควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาใหม่ที่น่าตื่นเต้นที่ผสมผสานแนวคิดของเทคโนโลยีควอนตัมเข้ากับโฟโตนิกไมโครเวฟ

พื้นฐานของเทคโนโลยีออปติคอลไมโครเวฟควอนตัม
แกนหลักของเทคโนโลยีออปติคัลไมโครเวฟควอนตัมคือการแทนที่ออปติคัลแบบเดิมเครื่องตรวจจับแสงในลิงค์โฟตอนไมโครเวฟด้วยเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวความไวสูง ซึ่งช่วยให้ระบบทำงานในระดับพลังงานแสงที่ต่ำมาก แม้จะลงไปถึงระดับโฟตอนเดี่ยว ขณะเดียวกันก็อาจเพิ่มแบนด์วิดท์ด้วย
ระบบโฟตอนไมโครเวฟควอนตัมทั่วไปประกอบด้วย: 1. แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยว (เช่น เลเซอร์ที่ถูกลดทอน 2.โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกสำหรับการเข้ารหัสสัญญาณไมโครเวฟ/RF 3. ส่วนประกอบการประมวลผลสัญญาณแสง4. เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว (เช่น เครื่องตรวจจับลวดนาโนตัวนำยิ่งยวด) 5. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การนับโฟตอนเดี่ยว (TCSPC) แบบขึ้นกับเวลา
รูปที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างลิงก์โฟตอนไมโครเวฟแบบดั้งเดิมกับลิงก์โฟตอนไมโครเวฟควอนตัม:

ความแตกต่างที่สำคัญคือการใช้เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวและโมดูล TCSPC แทนโฟโตไดโอดความเร็วสูง ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณที่อ่อนมากได้ ขณะเดียวกันก็หวังว่าจะผลักดันแบนด์วิธให้เกินขีดจำกัดของเครื่องตรวจจับแสงแบบเดิม

รูปแบบการตรวจจับโฟตอนเดี่ยว
รูปแบบการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวมีความสำคัญมากสำหรับระบบโฟตอนไมโครเวฟควอนตัม หลักการทำงานมีดังนี้: 1. สัญญาณทริกเกอร์เป็นระยะที่ซิงโครไนซ์กับสัญญาณที่วัดได้จะถูกส่งไปยังโมดูล TCSPC 2. อุปกรณ์ตรวจจับโฟตอนเดี่ยวจะส่งสัญญาณชุดพัลส์ที่แสดงถึงโฟตอนที่ตรวจพบ 3. โมดูล TCSPC จะวัดความแตกต่างของเวลาระหว่างสัญญาณทริกเกอร์และโฟตอนที่ตรวจพบแต่ละโฟตอน 4. หลังจากทริกเกอร์ลูปหลายครั้ง ฮิสโตแกรมเวลาในการตรวจจับจะถูกสร้างขึ้น 5. ฮิสโตแกรมสามารถสร้างรูปคลื่นของสัญญาณต้นฉบับขึ้นมาใหม่ได้ ในทางคณิตศาสตร์แล้ว แสดงให้เห็นว่าความน่าจะเป็นในการตรวจจับโฟตอนในเวลาที่กำหนดนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังแสงในขณะนั้น ดังนั้นฮิสโตแกรมของเวลาในการตรวจจับจึงสามารถแสดงรูปคลื่นของสัญญาณที่วัดได้อย่างแม่นยำ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยีออปติคอลไมโครเวฟควอนตัม
เมื่อเปรียบเทียบกับระบบออพติคอลไมโครเวฟแบบเดิม โฟโตนิกไมโครเวฟควอนตัมมีข้อดีที่สำคัญหลายประการ: 1. ความไวสูงพิเศษ: ตรวจจับสัญญาณที่อ่อนมากจนถึงระดับโฟตอนเดี่ยว 2. การเพิ่มแบนด์วิดท์: ไม่จำกัดโดยแบนด์วิธของเครื่องตรวจจับแสง แต่จะได้รับผลกระทบจากความกระวนกระวายใจของจังหวะของเครื่องตรวจจับโฟตอนตัวเดียวเท่านั้น 3. การป้องกันการแทรกแซงที่เพิ่มขึ้น: การสร้าง TCSPC ขึ้นมาใหม่สามารถกรองสัญญาณที่ไม่ได้ล็อคไว้กับทริกเกอร์ได้ 4. เสียงรบกวนต่ำ: หลีกเลี่ยงเสียงรบกวนที่เกิดจากการตรวจจับและขยายโฟโตอิเล็กทริคแบบดั้งเดิม