ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್

ಕ್ವಾಂಟಮ್ನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ

ದುರ್ಬಲ ಸಿಗ್ನಲ್ ಪತ್ತೆ
ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅತ್ಯಂತ ಭರವಸೆಯ ಅನ್ವಯಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಅತ್ಯಂತ ದುರ್ಬಲ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್/RF ಸಂಕೇತಗಳ ಪತ್ತೆ. ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆಯನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ, ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ವಿಧಾನಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸಂಶೋಧಕರು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸಿಸ್ಟಮ್ ಅನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದ್ದಾರೆ, ಅದು ಯಾವುದೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ವರ್ಧನೆಯಿಲ್ಲದೆ -112.8 dBm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ಸೆನ್ಸಿಟಿವಿಟಿಯು ಆಳವಾದ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ಸಂವಹನಗಳಂತಹ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳಿಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ.

ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ಸಿಗ್ನಲ್ ಸಂಸ್ಕರಣೆ
ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ಹೈ-ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಪ್ರೊಸೆಸಿಂಗ್ ಕಾರ್ಯಗಳಾದ ಫೇಸ್ ಶಿಫ್ಟಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಫಿಲ್ಟರಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸಹ ಅಳವಡಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸರಣ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಅಂಶವನ್ನು ಬಳಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ಬೆಳಕಿನ ತರಂಗಾಂತರವನ್ನು ಸರಿಹೊಂದಿಸುವ ಮೂಲಕ, RF ಹಂತವು 8 GHz RF ಫಿಲ್ಟರಿಂಗ್ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್‌ಗಳನ್ನು 8 GHz ವರೆಗೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬ ಅಂಶವನ್ನು ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು. ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ಈ ಎಲ್ಲಾ ವೈಶಿಷ್ಟ್ಯಗಳನ್ನು 3 GHz ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಬಳಸಿ ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಮೀರಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ

ಸಮಯ ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್‌ಗೆ ಸ್ಥಳೀಯವಲ್ಲದ ಆವರ್ತನ
ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಎಂಟ್ಯಾಂಗಲ್‌ಮೆಂಟ್‌ನಿಂದ ಉಂಟಾದ ಒಂದು ಆಸಕ್ತಿದಾಯಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವೆಂದರೆ ಸಮಯಕ್ಕೆ ಸ್ಥಳೀಯವಲ್ಲದ ಆವರ್ತನದ ಮ್ಯಾಪಿಂಗ್. ಈ ತಂತ್ರವು ನಿರಂತರ-ತರಂಗ ಪಂಪ್ ಮಾಡಿದ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಮೂಲದ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಮ್ ಅನ್ನು ದೂರದ ಸ್ಥಳದಲ್ಲಿ ಟೈಮ್ ಡೊಮೇನ್‌ಗೆ ಮ್ಯಾಪ್ ಮಾಡಬಹುದು. ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಸಿಕ್ಕಿಹಾಕಿಕೊಂಡ ಫೋಟಾನ್ ಜೋಡಿಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದರಲ್ಲಿ ಒಂದು ಕಿರಣವು ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ಫಿಲ್ಟರ್ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಪ್ರಸರಣ ಅಂಶದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುತ್ತದೆ. ಸಿಕ್ಕಿಹಾಕಿಕೊಂಡ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಆವರ್ತನ ಅವಲಂಬನೆಯಿಂದಾಗಿ, ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ಫಿಲ್ಟರಿಂಗ್ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ಸಮಯ ಡೊಮೇನ್‌ಗೆ ಸ್ಥಳೀಯವಾಗಿ ಅಲ್ಲದ ಮ್ಯಾಪ್ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ.
ಚಿತ್ರ 1 ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ:

ಅಳತೆ ಮಾಡಿದ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲವನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ಕುಶಲತೆಯಿಂದ ನಿರ್ವಹಿಸದೆಯೇ ಈ ವಿಧಾನವು ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುವ ರೋಹಿತದ ಮಾಪನವನ್ನು ಸಾಧಿಸಬಹುದು.

ಸಂಕುಚಿತ ಸಂವೇದನೆ
ಕ್ವಾಂಟಮ್ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ಬ್ರಾಡ್‌ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳ ಸಂಕುಚಿತ ಸಂವೇದನೆಗಾಗಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಹೊಸ ವಿಧಾನವನ್ನು ಸಹ ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಪತ್ತೆಯಲ್ಲಿ ಅಂತರ್ಗತವಾಗಿರುವ ಯಾದೃಚ್ಛಿಕತೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು, ಸಂಶೋಧಕರು ಚೇತರಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂಕುಚಿತ ಸಂವೇದನಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದ್ದಾರೆ.10 GHz RFವರ್ಣಪಟಲ. ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು RF ಸಂಕೇತವನ್ನು ಸುಸಂಬದ್ಧ ಫೋಟಾನ್‌ನ ಧ್ರುವೀಕರಣ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಮಾಡ್ಯುಲೇಟ್ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ನಂತರ ಸಂಕುಚಿತ ಸಂವೇದನೆಗಾಗಿ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಯಾದೃಚ್ಛಿಕ ಮಾಪನ ಮ್ಯಾಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಅನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ರೀತಿಯಾಗಿ, ಬ್ರಾಡ್‌ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಯಾರ್ನಿಕ್ವಿಸ್ಟ್ ಮಾದರಿ ದರದಲ್ಲಿ ಮರುಸ್ಥಾಪಿಸಬಹುದು.

ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕೀ ವಿತರಣೆ
ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಮೈಕ್ರೊವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರ ಜೊತೆಗೆ, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕೀ ವಿತರಣೆ (QKD) ನಂತಹ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಂವಹನ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಸಬ್‌ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಅನ್ನು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕೀ ವಿತರಣೆ (QKD) ಸಿಸ್ಟಮ್‌ಗೆ ಮಲ್ಟಿಪ್ಲೆಕ್ಸಿಂಗ್ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಸಂಶೋಧಕರು ಸಬ್‌ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಮಲ್ಟಿಪ್ಲೆಕ್ಸ್ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕೀ ವಿತರಣೆಯನ್ನು (SCM-QKD) ಪ್ರದರ್ಶಿಸಿದರು. ಇದು ಅನೇಕ ಸ್ವತಂತ್ರ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕೀಗಳನ್ನು ಬೆಳಕಿನ ಒಂದೇ ತರಂಗಾಂತರದ ಮೇಲೆ ರವಾನಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಚಿತ್ರ 2 ಡ್ಯುಯಲ್-ಕ್ಯಾರಿಯರ್ SCM-QKD ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ:

ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ಸ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಭರವಸೆಯಿದ್ದರೂ, ಇನ್ನೂ ಕೆಲವು ಸವಾಲುಗಳಿವೆ:
1. ಸೀಮಿತ ನೈಜ-ಸಮಯದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ: ಪ್ರಸ್ತುತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಮರುನಿರ್ಮಾಣ ಮಾಡಲು ಸಾಕಷ್ಟು ಸಂಚಯನ ಸಮಯವನ್ನು ಬಯಸುತ್ತದೆ.
2. ಬರ್ಸ್ಟ್/ಸಿಂಗಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ವ್ಯವಹರಿಸುವ ತೊಂದರೆ: ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದ ಸಂಖ್ಯಾಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಸ್ವರೂಪವು ಪುನರಾವರ್ತಿತವಲ್ಲದ ಸಂಕೇತಗಳಿಗೆ ಅದರ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.
3. ನೈಜ ಮೈಕ್ರೊವೇವ್ ತರಂಗರೂಪಕ್ಕೆ ಪರಿವರ್ತಿಸಿ: ಪುನರ್ನಿರ್ಮಾಣದ ಹಿಸ್ಟೋಗ್ರಾಮ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಬಹುದಾದ ತರಂಗರೂಪಕ್ಕೆ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಹಂತಗಳ ಅಗತ್ಯವಿದೆ.
4. ಸಾಧನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು: ಸಂಯೋಜಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮತ್ತು ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ನಡವಳಿಕೆಯ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಧ್ಯಯನದ ಅಗತ್ಯವಿದೆ.
5. ಏಕೀಕರಣ: ಇಂದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಬೃಹತ್ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತವೆ.

ಈ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸಲು ಮತ್ತು ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಮುನ್ನಡೆಸಲು, ಹಲವಾರು ಭರವಸೆಯ ಸಂಶೋಧನಾ ನಿರ್ದೇಶನಗಳು ಹೊರಹೊಮ್ಮುತ್ತಿವೆ:
1. ನೈಜ-ಸಮಯದ ಸಂಕೇತ ಸಂಸ್ಕರಣೆ ಮತ್ತು ಏಕ ಪತ್ತೆಗಾಗಿ ಹೊಸ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿ.
2. ದ್ರವ ಮೈಕ್ರೋಸ್ಪಿಯರ್ ಮಾಪನದಂತಹ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಹೊಸ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳನ್ನು ಅನ್ವೇಷಿಸಿ.
3. ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಸಂಯೋಜಿತ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಾಕ್ಷಾತ್ಕಾರವನ್ನು ಮುಂದುವರಿಸಿ.
4. ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟೊನಿಕ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ವರ್ಧಿತ ಬೆಳಕಿನ-ದ್ರವ್ಯದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿ.
5. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ಫೋಟಾನ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಇತರ ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಿ.