ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ

ક્વોન્ટમની અરજીમાઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજી

નબળા સિગ્નલ શોધ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેક્નોલોજીની સૌથી આશાસ્પદ એપ્લિકેશન્સમાંની એક અત્યંત નબળા માઇક્રોવેવ/આરએફ સિગ્નલોની શોધ છે. સિંગલ ફોટોન ડિટેક્શનનો ઉપયોગ કરીને, આ સિસ્ટમો પરંપરાગત પદ્ધતિઓ કરતાં ઘણી વધુ સંવેદનશીલ છે. ઉદાહરણ તરીકે, સંશોધકોએ ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક સિસ્ટમ દર્શાવી છે જે કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોનિક એમ્પ્લીફિકેશન વિના -112.8 dBm જેટલા ઓછા સિગ્નલો શોધી શકે છે. આ અતિ-ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા તેને ડીપ સ્પેસ કોમ્યુનિકેશન્સ જેવી એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ બનાવે છે.

માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સસિગ્નલ પ્રોસેસિંગ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ફેઝ શિફ્ટિંગ અને ફિલ્ટરિંગ જેવા ઉચ્ચ-બેન્ડવિડ્થ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ કાર્યોને પણ અમલમાં મૂકે છે. વિખરાયેલા ઓપ્ટિકલ તત્વનો ઉપયોગ કરીને અને પ્રકાશની તરંગલંબાઇને સમાયોજિત કરીને, સંશોધકોએ એ હકીકત દર્શાવી હતી કે RF તબક્કો 8 GHz RF ફિલ્ટરિંગ બેન્ડવિડ્થ 8 GHz સુધી શિફ્ટ કરે છે. અગત્યની રીતે, આ તમામ સુવિધાઓ 3 GHz ઇલેક્ટ્રોનિક્સનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે, જે દર્શાવે છે કે પ્રદર્શન પરંપરાગત બેન્ડવિડ્થ મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે.

સમય મેપિંગ માટે બિન-સ્થાનિક આવર્તન
ક્વોન્ટમ એન્ટેન્ગલમેન્ટ દ્વારા લાવવામાં આવેલી એક રસપ્રદ ક્ષમતા એ સમય પ્રમાણે બિન-સ્થાનિક આવર્તનનું મેપિંગ છે. આ ટેકનિક દૂરસ્થ સ્થાન પરના સમયના ડોમેન સાથે સતત-તરંગ પમ્પ્ડ સિંગલ-ફોટન સ્ત્રોતના સ્પેક્ટ્રમને મેપ કરી શકે છે. સિસ્ટમ ફસાઇ ગયેલા ફોટોન જોડીનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં એક બીમ સ્પેક્ટ્રલ ફિલ્ટરમાંથી પસાર થાય છે અને બીજો વિખરાયેલા તત્વમાંથી પસાર થાય છે. ફસાયેલા ફોટોનની આવર્તન અવલંબનને લીધે, સ્પેક્ટ્રલ ફિલ્ટરિંગ મોડને સમય ડોમેન સાથે બિન-સ્થાનિક રીતે મેપ કરવામાં આવે છે.
આકૃતિ 1 આ ખ્યાલને સમજાવે છે:

આ પદ્ધતિ માપેલા પ્રકાશ સ્ત્રોતને સીધી રીતે હેરફેર કર્યા વિના લવચીક વર્ણપટ માપન પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

સંકુચિત સંવેદના
ક્વોન્ટમમાઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલટેકનોલોજી બ્રોડબેન્ડ સિગ્નલોના સંકુચિત સંવેદના માટે નવી પદ્ધતિ પણ પૂરી પાડે છે. ક્વોન્ટમ શોધમાં સહજ રેન્ડમનેસનો ઉપયોગ કરીને, સંશોધકોએ પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ ક્વોન્ટમ કોમ્પ્રેસ્ડ સેન્સિંગ સિસ્ટમનું નિદર્શન કર્યું છે.10 GHz RFસ્પેક્ટ્રા સિસ્ટમ સુસંગત ફોટોનની ધ્રુવીકરણ સ્થિતિમાં RF સિગ્નલને મોડ્યુલેટ કરે છે. સિંગલ-ફોટન ડિટેક્શન પછી કોમ્પ્રેસ્ડ સેન્સિંગ માટે કુદરતી રેન્ડમ માપન મેટ્રિક્સ પ્રદાન કરે છે. આ રીતે, બ્રોડબેન્ડ સિગ્નલને Yarnyquist સેમ્પલિંગ રેટ પર પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે.

ક્વોન્ટમ કી વિતરણ
પરંપરાગત માઇક્રોવેવ ફોટોનિક એપ્લિકેશનને વધારવા ઉપરાંત, ક્વોન્ટમ ટેક્નોલોજી ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) જેવી ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં પણ સુધારો કરી શકે છે. સંશોધકોએ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) સિસ્ટમ પર મલ્ટિપ્લેક્સિંગ માઇક્રોવેવ ફોટોન સબકેરિયર દ્વારા સબકેરિયર મલ્ટિપ્લેક્સ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (SCM-QKD)નું નિદર્શન કર્યું. આ બહુવિધ સ્વતંત્ર ક્વોન્ટમ કીને પ્રકાશની એક તરંગલંબાઇ પર પ્રસારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી વર્ણપટની કાર્યક્ષમતા વધે છે.
આકૃતિ 2 ડ્યુઅલ-કેરિયર SCM-QKD સિસ્ટમના ખ્યાલ અને પ્રાયોગિક પરિણામો દર્શાવે છે:

ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજી આશાસ્પદ હોવા છતાં, હજુ પણ કેટલાક પડકારો છે:
1. મર્યાદિત રીઅલ-ટાઇમ ક્ષમતા: વર્તમાન સિસ્ટમને સિગ્નલનું પુનઃનિર્માણ કરવા માટે ઘણો સમય જરૂરી છે.
2. વિસ્ફોટ/સિંગલ સિગ્નલો સાથે કામ કરવામાં મુશ્કેલી: પુનઃનિર્માણની આંકડાકીય પ્રકૃતિ તેની લાગુતાને બિન-પુનરાવર્તિત સંકેતો પર મર્યાદિત કરે છે.
3. વાસ્તવિક માઇક્રોવેવ વેવફોર્મમાં કન્વર્ટ કરો: પુનઃનિર્મિત હિસ્ટોગ્રામને ઉપયોગી વેવફોર્મમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે વધારાના પગલાં જરૂરી છે.
4. ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓ: સંયુક્ત સિસ્ટમોમાં ક્વોન્ટમ અને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક ઉપકરણોની વર્તણૂકનો વધુ અભ્યાસ જરૂરી છે.
5. એકીકરણ: મોટાભાગની સિસ્ટમો આજે વિશાળ અલગ ઘટકોનો ઉપયોગ કરે છે.

આ પડકારોને સંબોધવા અને ક્ષેત્રને આગળ વધારવા માટે, સંખ્યાબંધ આશાસ્પદ સંશોધન દિશાઓ ઉભરી રહી છે:
1. રીઅલ-ટાઇમ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ અને સિંગલ ડિટેક્શન માટે નવી પદ્ધતિઓનો વિકાસ કરો.
2. નવી એપ્લિકેશનોનું અન્વેષણ કરો જે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે પ્રવાહી માઇક્રોસ્ફિયર માપન.
3. કદ અને જટિલતા ઘટાડવા માટે એકીકૃત ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનની અનુભૂતિનો પીછો કરો.
4. સંકલિત ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક સર્કિટ્સમાં ઉન્નત પ્રકાશ-દ્રવ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરો.
5. ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેકનોલોજીને અન્ય ઉભરતી ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજી સાથે જોડો.