Kaastasandiline antenni konstruktsioon vabas õhus levivate mikrolaineahjuga segatud signaalide jaoks

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Tasio Gonzalez-Raya^1,2 ja Mikel Sanz^1,2,3,4

¹Baskimaa ülikooli füüsikalise keemia osakond UPV/EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Hispaania
²EHU kvantkeskus, Baskimaa ülikool UPV/EHU
³Baski rakendusmatemaatika keskus (BCAM), Alameda de Mazarredo 14, 48009 Bilbao, Baskimaa, Hispaania
⁴IKERBASQUE, Baski teaduse sihtasutus, Plaza Euskadi 5, 48009 Bilbao, Hispaania

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Vabaõhu mikrolaine-kvantside- ja metroloogiaprotokollid peavad suutma kvantressursse üle kanda krüostaadist, kus need luuakse, keskkonda, kus domineerib termiline müra. Tõepoolest, selliseid kvantressursse kandvad olekud genereeritakse krüostaadis, mida iseloomustab temperatuur $T_text{in} simeq 50 $ mK ja sisemine takistus $Z_text{in} = 50, Omega$. Seejärel on nende minimaalsete kadudega vabas õhus ülekandmiseks vajalik antennitaoline seade, mida iseloomustab sisemine takistus $Z_text{out} = 377 , Omega$ ja temperatuur $T_text{out} simeq 300 $ K. See seade saavutab sujuva impedantsi sobitamise krüostaadi ja vabaõhu vahel. Siin uurime kaherežiimilise pigistatud termiliste olekute edastamist, töötades välja tehnika, mis võimaldab kujundada koplanaarse antenni optimaalse kuju, et säilitada takerdumine. Numbrilise optimeerimise protseduuri põhjal leiame impedantsi optimaalse kuju ja pakume selle kuju kvalitatiivseks kirjeldamiseks välja funktsionaalse ansatzi. Lisaks näitab see uuring, et antenni peegeldusvõime on selle kuju suhtes väga tundlik, nii et väikesed muutused mõjutavad dramaatiliselt väljatulevat takerdumist, mis võis olla piirajaks varasemates katsetes, kus kasutati kaubanduslikke antenne. See töö on asjakohane mikrolaine kvantanduri ja kvantmetroloogia valdkondades, kasutades spetsiaalset rakendust kvantradari, aga ka mis tahes vabaõhu mikrolaine kvantsideprotokolli arendamisel.

Esiletõstetud pilt: krüostaadi sees genereeritud kvant-mikrolainesignaal, mis edastatakse antenni abil vabas õhus.

Populaarne kokkuvõte

Viimastel aastatel on ülijuhtivate vooluahelate juhitavuse, skaleeritavuse ja sidususe areng toonud kaasa leviva kvantmikrolainetehnoloogia õitsengu. Sellel oli sügav mõju kvantkommunikatsiooni ja kvanttuvastuse valdkondadele. Tõepoolest, täiustatud kvantseadmete tööriistakast, mis sisaldab JPA-sid, HEMT-sid, fotodetektoreid ja fotoloendureid, on aidanud nendes valdkondades tehtud katsetes, mis on nüüd vabasse ruumi liikumas. Seda toetavad C. M. Wilsoni ja J. M. Finki rühmade varajased katsed kvantradari suuna kohta vabas õhus, samuti mõned teoreetilised ettepanekud vabaõhu mikrolainelise kvantkommunikatsiooni kohta.

Need katsed ja ettepanekud tuginevad tõhusale takerdumise jaotusele. Mikrolainerežiimis tekitatakse termilise müra vähendamiseks krüostaadis temperatuuridel alla 50 mK takerdunud olekud. Ülijuhtimisahela tehnoloogias kasutatav impedants on 50 Ω, kuna see on kohandatud olemasolevale klassikalisele juhtelektroonikale. Seevastu vabas õhus on impedants umbes 377 Ω ja temperatuur umbes 300 K. Seejärel on kvantsignaalide juhtmevabaks edastamiseks vaja antenni, mis on sisuliselt ebahomogeenne keskkond, mis teostab impedantsi sobitamise, säilitades samas takerdumisomadused. Tähelepanuväärne on see, et takerdumise ülekande efektiivsus on õõnsuse sees oleva impedantsi funktsiooni ja sellest tulenevalt antenni kuju suhtes äärmiselt tundlik. Meie käsikirjas saavutame optimaalse kuju tasapinnalisele antennile, mis on spetsiaalselt loodud vabas õhus takerdumise jaotamiseks, ja näitame selle suurt tundlikkust antenni kuju väikeste puuduste suhtes. Näiteks meie arvutuste kohaselt on kaubanduslike antennide kasutamine ülalnimetatud kvantradarite katsetes oluliselt kaasa aidanud takerdumise ebaõnnestumisele, kuna optimaalsest kujust üle 3% kõrvalekalle hävitab täielikult kvantkorrelatsioonid.

Sellel tööl on rakendusi traadita mikrolaine kvantkommunikatsiooniprotokollides, mis nõuavad tõhusaid takerdumise jaotamise tehnikaid, samuti mikrolainerežiimis töötavates kvantsensori ja kvantmetroloogia protokollides, eriti kvantradarite jaoks.

► BibTeX-i andmed

@article{GonzalezRaya2022coplanarantenna, doi = {10.22331/q-2022-08-23-783}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-08-23-783}, pealkiri = {Koplanaarne {A}antenn {D}disain {M}ikrolaine {E}saasutatud {S}signaalidele {P}liikub {O}pen {A}ir}, autor = {Gonzalez-Raya, Tasio ja Sanz, Mikel}, ajakiri = {{Kvant}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, helitugevus = {6}, lehekülge = {783}, kuu = aug, aasta = {2022} }

► Viited

[1] J. Koch, T. M. Yu, J. Gambetta, A. A. Houck, D. I. Schuster, J. Majer, A. Blais, M. H. Devoret, S. M. Girvin ja R. J. Schoelkopf, Cooperi paariboksist tuletatud laenguta qubit disain, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007). DOI: 10.1103 / PhysRevA.76.042319.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.76.042319

[2] F. Arute et al., Quantum supremacy using a programable superconducting processor, Nature 574, 505 (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1666-5.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[3] K. G. Fedorov et al., Piiratud aja kvantpõimumine pigistatud mikrolainete levimisel, Sci. Rep. 8, 6416 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-24742-z.
https:///doi.org/10.1038/s41598-018-24742-z

[4] S. Pogorzalek et al., Secure quantum remote state ettevalmistus of squeesed microwave states, Nat. Comm. 10, 2604 (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10727-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-10727-7

[5] K. G. Fedorov et al., Experimental quantum teleportation of propagating microwaves, Sci. Adv. 7, eabk0891 (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abk0891.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abk0891

[6] F. Fesquet et al., Perspectives of microlaine quantum key distribution in open-air, arXiv: 2203.05530 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.05530.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.05530

[7] T. Gonzalez-Raya et al., Open-Air Microwave Entanglement Distribution for Quantum Teleportation, arXiv:2203.07295 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.07295. Aktsepteeritud füüsilises läbivaatuses Rakendatud.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.07295
arXiv: 2203.07295

[8] D. Cuomo, M. Caleffi ja A. S. Cacciapuoti, Towards a Distributed Quantum Computing Ecosystem, ET Quantum Communication 1, 3 (2020). DOI: 10.1049/iet-qtc.2020.0002.
https:///doi.org/10.1049/iet-qtc.2020.0002

[9] M. Sanz, U. Las Heras, J. J. Garcia-Ripoll, E. Solano ja R. Di Candia, Quantum Estimation Methods for Quantum Illumination, Phys. Rev. Lett. 118, 070803 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.070803.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.070803

[10] U. Las Heras, R. Di Candia, K. G. Fedorov, F. Deppe, M. Sanz ja E. Solano, Quantum illumination paljastab faasinihet indutseeriva varjamise, Sci. Rep. 7, 9333 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-08505-w.
https:///doi.org/10.1038/s41598-017-08505-w

[11] M. Reichert, R. Di Candia, M. Z. Win ja M. Sanz, Quantum-Enhanced Doppler Radar/Lidar, arXiv: 2203.16424 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.16424.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.16424

[12] M. Sanz, K. G. Fedorov, F. Deppe ja E. Solano, Challenges in Open-air Microwave Quantum Communication and Sensing, IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), 1-4 (2018). DOI: 10.1109/CAMA.2018.8530599.
https:///doi.org/10.1109/CAMA.2018.8530599

[13] M. Casariego jt, Propagating Quantum Microwaves: Towards Applications in Communication and Sensing, arXiv: 2205.11424 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2205.11424.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2205.11424

[14] M. Mariantoni et al., Planck Spectroscopy and Quantum Noise of Microwave Beam Splitters, Phys. Rev. Lett. 105, 133601 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.133601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.133601

[15] C. Eichler, D. Bozyigit, C. Lang, M. Baur, L. Steffen, J. M. Fink, S. Filipp ja A. Wallraff, Observation of Two-Mode Squeezing in the Microwave Frequency Domain, Phys. Rev. Lett. 107, 113601 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.113601.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.113601

[16] EP Menzel et al., Path Entanglement of Continuous-Variable Quantum Microwaves, Phys. Rev. Lett. 109, 252502 (2012). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.109.250502.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.250502

[17] S. Pogorzalek et al., Hysteretic Flux Response and Non-degenerate Gain of Flux-Driven Josephson Parametric Amplifiers, Phys. Rev. Appl. 8, 024012 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.8.024012.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.024012

[18] K. G. Fedorov et al., Displacement of Propagating Squeezed Microwave States, Phys. Rev. Lett. 117, 020502 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.020502.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.020502

[19] S. R. Sathyamoorthy, T. M. Stace ja G. Johansson, Detecting travelling single microwave footons, Comptes Rendus Physique 17, 756 (2016). DOI: 10.1016/j.crhy.2016.07.010.
https:///doi.org/10.1016/j.crhy.2016.07.010

[20] S. Kono, K. Koshino, Y. Tabuchi, A. Noguchi ja Y. Nakamura, Quantum non-demolition detection of an travelant microwave photon, Nat. Phys. 14, 546 (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0066-3.
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0066-3

[21] R. Dassonneville, R. Assouly, T. Peronnin, P. Rouchon ja B. Huard, Number-resolved photocounter for propagating microwave mode, Phys. Rev. Applied 14, 044022 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.14.044022.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.044022

[22] J. C. G. Lesurf, Sky noise (1995). [Võrgus]. Internet: www.st-andrews.ac.uk/www pa/Scots Guide/RadCom/part8/page3.html.
https:///www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/RadCom/part8/page3.html

[23] C. W. Sandbo Chang, A. M. Vadiraj, J. Bourassa, B. Balaji ja C. M. Wilson, Quantum-enhanced noise radar, Appl. Phys. Lett. 114, 112601 (2019). DOI: 10.1063/1.5085002.
https:///doi.org/10.1063/1.5085002

[24] D. Luong, C. W. Sandbo Chang, A. M. Vadiraj, A. Damini, C. M. Wilson ja B. Balaji, Vastuvõtja tööomadused prototüübi kvant-kaherežiimilise pigistamise radari jaoks, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 56, 2041 (2020). DOI: 10.1109/TAES.2019.2951213.
https:///doi.org/10.1109/TAES.2019.2951213

[25] S. Barzanjeh, S. Pirandola, D. Vitali ja J. M. Fink, Microwave quantum illumination using a digital Receiver, Sci. Adv. 6, 19 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb0451.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abb0451

[26] D. M. Pozar, Mikrolainetehnika, (John Wiley & sons, 2012).

[27] R. Di Candia et al., Quantum teleportation of propagating quantum microwaves, EPJ Quantum Technology 2, 25 (2015). DOI: 10.1140/epjqt/s40507-015-0038-9.
https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-015-0038-9

[28] M. S. Kim, W. Son, V. Buzek ja P. L. Knight, Entanglement by a beam splitter: Nonclassicality as a prerequire for takeld, Phys. Rev. A 65, 032323 (2002). DOI: 10.1103 / PhysRevA.65.032323.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.032323

[29] A. Serafini, F. Illuminati, M. G. A. Paris ja S. De Siena, Entanglement and purity of two-mode Gaussi states in noisy channels, Phys. Rev. A 69, 022318 (2004). DOI: 10.1103 / PhysRevA.69.022318.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.69.022318

[30] G. Adesso ja F. Illuminati, Gaussi takerdumise ja negatiivsuse mõõdud: kahemoodiliste Gaussi olekute järjestus, Phys. Rev. A 72, 032334 (2005). DOI: 10.1103 / PhysRevA.72.032334.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.72.032334

[31] M. Göppl et al., Coplanar waveguide resonators for circuit quantum electrodynamics, J. Appl. Phys. 104, 113904 (2008). DOI: 10.1063/1.3010859.
https:///doi.org/10.1063/1.3010859

[32] J. R. Clem, Õhukese kilega ülijuhtiva koplanaarse lainejuhi resonaatori induktiivsuse ja sumbumise konstant, J. Appl. Phys. 113, 013910 (2013). DOI: 10.1063/1.4773070.
https:///doi.org/10.1063/1.4773070

[33] R. De Paolis et al., Circuit model of carbon-nanotube ink for microelectronic and microwave tunable devices, IEEE MTT-S International Microwave Symposium, lk 1-4 (2011). DOI: 10.1109/MWSYM.2011.5972853.
https:///doi.org/10.1109/MWSYM.2011.5972853

[34] K. A. Al Shamaileh, N. I. Dib ja S. A. Abushamleh, laiusega varieeruv juhtmega koplanaarlainejuhil põhinev madalpääsfilter pideva signaalijäljega külgnevate maapindade eraldamiseni, IET Microwaves, Antennas & Propagation 13 (3), 386. DOI: 2019/iet-map.10.1049.
https:///doi.org/10.1049/iet-map.2018.5394

Viidatud

[1] Tasio Gonzalez-Raya, Mateo Casariego, Florian Fesquet, Michael Renger, Vahid Salari, Mikko Möttönen, Yasser Omar, Frank Deppe, Kirill G. Fedorov ja Mikel Sanz, "Open-Air Microwave Entanglement Distribution for Quantum Teleportation" arXiv: 2203.07295.

[2] Florian Fesquet, Fabian Kronowetter, Michael Renger, Qiming Chen, Kedar Honasoge, Oscar Gargiulo, Yuki Nojiri, Achim Marx, Frank Deppe, Rudolf Gross ja Kirill G. Fedorov, „Mikrolaine kvantvõtmete jaotuse perspektiivid vabas õhus ”, arXiv: 2203.05530.

[3] Mateo Casariego, Yasser Omar ja Mikel Sanz, "Kahesageduslik valgustus: kvant-täiustatud protokoll", arXiv: 2010.15097.

[4] Mateo Casariego, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Stefano Gherardini, Tasio Gonzalez-Raya, Rui André, Gonçalo Frazão, Giacomo Catto, Mikko Möttönen, Debopam Datta, Klaara Viisanen, Joonas Govenius, Mika Re Prunnila, Maximilian Michael Tuonger , Kirill G. Fedorov, Frank Deppe, Harriet van der Vliet, A. J. Matthews, Yolanda Fernández, R. Assouly, R. Dassonneville, B. Huard, Mikel Sanz ja Yasser Omar, „Propagating Quantum Microwaves: Towards Applications in Communication and Sensing ”, arXiv: 2205.11424.

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2022-08-24 01:51:10). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2022-08-24 01:51:08).

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.