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Quanten- und HF-Mikrowellenmessung

Anzahl Durchsuchen:1     Autor:Site Editor     veröffentlichen Zeit: 2021-07-23      Herkunft:Internet

Als eine Person in der Industrie, die mit Hochfrequenz und Mikrowelle zu tun hat, sind sie ratlos, wenn sie das Quantenfeld schneiden. Für HF-Ingenieure gehört die Quantentheorie fast zur Kategorie der Metaphysik. HF-Messtechniker erhalten normalerweise genaue und eindeutige Werte, um HF-Signale zu beschreiben, während der "Überlagerungszustand" von Quanten für HF-Ingenieure und HF-Instrumente unmöglich zu sein scheint Messaufgaben. Die Hochfrequenztechnologie und Hochfrequenzinstrumente werden mit Sicherheit auf die Quantenkommunikation und das Quantencomputing angewendet.


Quantum ist kein bestimmtes Teilchen, sondern stellt eine unteilbare Grundeinheit dar. Quantum ist die kleinste Grundeinheit, die die Eigenschaften eines Stoffes oder einer physikalischen Größe aufweisen kann. Planck entdeckte, dass ein Objekt Strahlung einer bestimmten Frequenz ν nur mit der Energieeinheit hν absorbieren oder emittieren kann, und h heißt Planck-Konstante. Mit anderen Worten, die Absorption oder Emission elektromagnetischer Strahlung durch ein Objekt kann nur quantenmäßig erfolgen, und die Energie jedes Quants ist E = hν, was als Aktionsquantum bezeichnet wird. Da das Quantum die kleinste Einheit ist, hat es ein festes Minimum, das seiner Existenz entspricht, und andere Werte können nur als ganzzahlige Vielfache davon angenommen werden. Daher ist der Wert der physikalischen Größe diskret und nimmt keine willkürlichen Werte an kontinuierlich. Dies ist die physikalische Größe. Quantisierung".


Das Paradox des Quantenmessproblems: Das Messergebnis des Instruments ist ein vom Instrument angezeigter bestimmter Wert, nicht der Quantensuperpositionszustand Der gemessene Wert des Instruments kann nur den Eigenzustand des Quants darstellen, nicht aber die Quantensuperposition Zustand.


Im aktuellen Bereich der drahtlosen Kommunikation wurden basierend auf der Theorie des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes und der Übertragungsleitung verschiedene Generationen von drahtlosen Kommunikationssystemen entwickelt, von 2G, 3G, 4G bis hin zu den aktuellen 5G und 6G in Forschung und Entwicklung; die Quantenkommunikation umfasst hauptsächlich Quantenschlüsselverteilung (Quantenschlüsselverteilung), Verteilung, QKD) und Quantenteleportation.


Quantenschlüsselverteilung kann ein sicheres Kommunikationspasswort festlegen, durch ein einmaliges Verschlüsselungsverfahren kann eine Punkt-zu-Punkt-sichere klassische Kommunikation realisiert werden.Die Sicherheit ist hier die in der Mathematik streng bewiesene Sicherheit, die traditionelle Kommunikation Technologie bisher getan hat. Die vorhandene Quantenschlüssel-Verteilungstechnologie kann ein Quantenschlüssel-Verteilungsnetzwerk in der Größenordnung von Hunderten von Kilometern realisieren.Die folgende Abbildung zeigt das etablierte experimentelle Netzwerk.

Quantum and RF microwave measurement 1


Die Teleportation von Quantenzuständen ist ein physikalischer Träger, der auf der Verteilung von quantenverschränkten Zuständen und der Quanten-Joint-Messung basiert und die Raumübertragung von Quantenzuständen (Quanteninformation) realisiert, ohne die Quantenzustände zu bewegen. Bestehende Quantenkommunikationsexperimente verwenden im Allgemeinen Photonen als Quantenzustandsträger, und ihre Manifestation ist die Photonenzustandsübertragung, und die Kodierung von Quanteninformation wird hauptsächlich durch Lichtpolarisation realisiert.


Die Verbesserung der Kohärenzzeit von Quantensystemen war schon immer eine Herausforderung im Bereich der Quantentechnologie. Als eine der vielversprechendsten Plattformen zur Realisierung von Allzweck-Quantencomputern ist einer der Vorteile des Ionenfallensystems seine lange Kohärenzzeit. Unter ihnen begrenzt die Kohärenzzeit direkt die maximale Anzahl von Quantenoperationen, die ein Quantencomputer kontinuierlich ausführen kann, und sie ist auch eine Voraussetzung, um metrische Operationen mit hoher Wiedergabetreue zu erreichen. Neben dem Quantencomputing ist die Kohärenzzeit auch für die Bereiche Quantenkommunikation und Quantenpräzisionsmessung von großer Bedeutung.


Die Forschungsgruppe Jin Qihuan des Quantum Information Center des Interdisziplinären Informationsinstituts der Tsinghua University hat auf dem Gebiet des Quantencomputings wichtige Fortschritte erzielt: Erstmals erreichte sie in einem Ionenfallensystem eine Einzel-Qubit-Kohärenzzeit von mehr als einer Stunde , den bisherigen Rekord von 660 Sekunden brechen.

Quantum and RF microwave measurement 2


Basierend auf den obigen Forschungsergebnissen werden die wichtigsten einschränkenden Faktoren identifiziert: Phasenrauschen des Mikrowellensignals, Schwankungen des magnetischen Restfelds und Streuung des Mikrowellensignals. Während des Experiments verwendete die Forschungsgruppe eine Vielzahl von Hochfrequenz- und Mikrowelleninstrumenten, platzierte das experimentelle System in einem doppelschichtigen magnetischen Abschirmsystem, um die Kopplung zwischen dem Umgebungsmagnetfeldrauschen und dem Quantensystem zu reduzieren, und reduzierte die Interferenz durch Signalverluste an das System durch Erhöhen der Isolation von Laser- und Mikrowellensignalen Reduzieren Sie das Phasenrauschen des Mikrowellensignals durch Optimieren der Referenz des lokalen Mikrowellenoszillators. Um das Rauschen weiter zu unterdrücken, hat das Forschungsteam eine dynamische Entkopplungstechnologie und optimierte Pulsparameter entsprechend der Lärmumgebung verwendet, um die Auswirkungen verschiedener Lärmquellen weiter zu reduzieren. Am Ende wird die Kohärenzzeit des Qubits auf 5500 Sekunden erhöht, was eine Verbesserung gegenüber dem vorherigen ist.


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