ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ

ક્વોન્ટમનો ઉપયોગમાઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજી

નબળા સિગ્નલ શોધ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ટેકનોલોજીના સૌથી આશાસ્પદ ઉપયોગોમાંનો 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 સિસ્ટમનું પ્રદર્શન કર્યું છે જે કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોનિક એમ્પ્લીફિકેશન વિના -112.8 dBm જેટલા ઓછા સિગ્નલો શોધી શકે છે. આ અતિ-ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા તેને ઊંડા અવકાશ સંચાર જેવા કાર્યક્રમો માટે આદર્શ બનાવે છે.

માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સસિગ્નલ પ્રોસેસિંગ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સ ફેઝ શિફ્ટિંગ અને ફિલ્ટરિંગ જેવા હાઇ-બેન્ડવિડ્થ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ ફંક્શનનો પણ અમલ કરે છે. ડિસ્પર્સિવ ઓપ્ટિકલ એલિમેન્ટનો ઉપયોગ કરીને અને પ્રકાશની તરંગલંબાઇને સમાયોજિત કરીને, સંશોધકોએ એ હકીકત દર્શાવી કે RF ફેઝ 8 GHz સુધી RF ફિલ્ટરિંગ બેન્ડવિડ્થ 8 GHz સુધી શિફ્ટ થાય છે. મહત્વપૂર્ણ રીતે, આ બધી સુવિધાઓ 3 GHz ઇલેક્ટ્રોનિક્સનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે, જે દર્શાવે છે કે પ્રદર્શન પરંપરાગત બેન્ડવિડ્થ મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે.

નોન-લોકલ ફ્રીક્વન્સી ટુ ટાઇમ મેપિંગ
ક્વોન્ટમ એન્ટેન્ગલમેન્ટ દ્વારા લાવવામાં આવેલી એક રસપ્રદ ક્ષમતા એ છે કે બિન-સ્થાનિક આવર્તનનું સમય સાથે મેપિંગ. આ તકનીક સતત-તરંગ પમ્પ કરેલા સિંગલ-ફોટોન સ્ત્રોતના સ્પેક્ટ્રમને દૂરસ્થ સ્થાન પરના સમય ડોમેન સાથે મેપ કરી શકે છે. સિસ્ટમ એન્ટેન્ગલ્ડ ફોટોન જોડીઓનો ઉપયોગ કરે છે જેમાં એક બીમ સ્પેક્ટ્રલ ફિલ્ટરમાંથી પસાર થાય છે અને બીજો વિખેરતા તત્વમાંથી પસાર થાય છે. એન્ટેન્ગલ્ડ ફોટોનની આવર્તન અવલંબનને કારણે, સ્પેક્ટ્રલ ફિલ્ટરિંગ મોડને સમય ડોમેન સાથે બિન-સ્થાનિક રીતે મેપ કરવામાં આવે છે.
આકૃતિ 1 આ ખ્યાલને દર્શાવે છે:

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

સંકુચિત સેન્સિંગ
ક્વોન્ટમમાઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલટેકનોલોજી બ્રોડબેન્ડ સિગ્નલોના સંકુચિત સંવેદના માટે એક નવી પદ્ધતિ પણ પૂરી પાડે છે. ક્વોન્ટમ શોધમાં રહેલી રેન્ડમનેસનો ઉપયોગ કરીને, સંશોધકોએ ક્વોન્ટમ સંકુચિત સંવેદના પ્રણાલીનું પ્રદર્શન કર્યું છે જે પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં સક્ષમ છે૧૦ ગીગાહર્ટ્ઝ આરએફસ્પેક્ટ્રા. સિસ્ટમ RF સિગ્નલને સુસંગત ફોટોનની ધ્રુવીકરણ સ્થિતિમાં મોડ્યુલેટ કરે છે. સિંગલ-ફોટોન શોધ પછી સંકુચિત સંવેદના માટે કુદરતી રેન્ડમ માપન મેટ્રિક્સ પ્રદાન કરે છે. આ રીતે, બ્રોડબેન્ડ સિગ્નલને યાર્નીક્વિસ્ટ સેમ્પલિંગ રેટ પર પુનઃસ્થાપિત કરી શકાય છે.

ક્વોન્ટમ કી વિતરણ
પરંપરાગત માઇક્રોવેવ ફોટોનિક એપ્લિકેશન્સને વધારવા ઉપરાંત, ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજી ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) જેવી ક્વોન્ટમ કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સને પણ સુધારી શકે છે. સંશોધકોએ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (QKD) સિસ્ટમ પર માઇક્રોવેવ ફોટોન સબકેરિયરને મલ્ટિપ્લેક્સ કરીને સબકેરિયર મલ્ટિપ્લેક્સ ક્વોન્ટમ કી ડિસ્ટ્રિબ્યુશન (SCM-QKD) નું પ્રદર્શન કર્યું. આનાથી પ્રકાશની એક તરંગલંબાઇ પર બહુવિધ સ્વતંત્ર ક્વોન્ટમ કી ટ્રાન્સમિટ થઈ શકે છે, જેનાથી સ્પેક્ટ્રલ કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય 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 પુનર્નિર્માણ કરવા માટે ઘણો સમય લાગે છે.
2. વિસ્ફોટ/સિંગલ સિગ્નલો સાથે વ્યવહાર કરવામાં મુશ્કેલી: પુનર્નિર્માણની આંકડાકીય પ્રકૃતિ તેની લાગુતાને બિન-પુનરાવર્તિત સંકેતો સુધી મર્યાદિત કરે છે.
3. વાસ્તવિક માઇક્રોવેવ વેવફોર્મમાં રૂપાંતરિત કરો: પુનઃનિર્મિત હિસ્ટોગ્રામને ઉપયોગી વેવફોર્મમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે વધારાના પગલાં જરૂરી છે.
4. ઉપકરણ લાક્ષણિકતાઓ: સંયુક્ત પ્રણાલીઓમાં ક્વોન્ટમ અને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક ઉપકરણોના વર્તનનો વધુ અભ્યાસ જરૂરી છે.
૫. એકીકરણ: આજે મોટાભાગની સિસ્ટમો વિશાળ ડિસ્ક્રીટ ઘટકોનો ઉપયોગ કરે છે.

આ પડકારોનો સામનો કરવા અને ક્ષેત્રને આગળ વધારવા માટે, અનેક આશાસ્પદ સંશોધન દિશાઓ ઉભરી રહી છે:
1. રીઅલ-ટાઇમ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ અને સિંગલ ડિટેક્શન માટે નવી પદ્ધતિઓ વિકસાવો.
2. પ્રવાહી માઇક્રોસ્ફિયર માપન જેવા ઉચ્ચ સંવેદનશીલતાનો ઉપયોગ કરતી નવી એપ્લિકેશનોનું અન્વેષણ કરો.
3. કદ અને જટિલતા ઘટાડવા માટે સંકલિત ફોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનની અનુભૂતિનો પીછો કરો.
૪. ઇન્ટિગ્રેટેડ ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક સર્કિટમાં ઉન્નત પ્રકાશ-દ્રવ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરો.
૫. ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન ટેકનોલોજીને અન્ય ઉભરતી ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજી સાથે જોડો.