양자 센서 (Quantum Sensor) 편집하기 (부분)

경고: 로그인하지 않았습니다. 편집을 하면 IP 주소가 공개되게 됩니다. 로그인하거나 계정을 생성하면 편집자가 사용자 이름으로 기록되고, 다른 장점도 있습니다.

===단광자 검출 (Single-photon detection)===
양자 광학 센싱 뿐 아니라 다양한 양자 광학 실험에서 가장 널리 사용되는 측정기는 단광자 한계점(single-photon-threshold) 검출기이다 <ref name = "Invited review article: Single-photon sources and detectors"></ref><ref name = "Single-photon detectors for optical quantum information applications">R. H. Hadfield , Single-photon detectors for optical quantum information applications, Nature Photonics volume '''3''', 696 (2009). doi:[https://doi.org/10.1038/nphoton.2009.230 10.1038/nphoton.2009.230].</ref>. 이를 줄여서 단광자 검출기라 부른다. 단광자 검출기는 해당 모드에서, 단광자 이상의 빛의 에너지와 단광자보다 작은 빛의 에너지, 즉 진공을 정확하게 구분한다. 다시 말해, 광자가 하나라도 있는 경우(‘on’)와 아예 없는 경우(‘off’)를 구분하기에, 관용적으로 on-off 검출기라 부르기도 한다. 보다 일반적으로, 임의의 $$m$$-광자 에너지를 한계점으로 사용하는 검출 장치도 연구되었지만, 다양한 양자 응용기술에서 단광자와 진공을 구분하는 것이 훨씬 더 중요하기 때문에, 대부분 단광자 검출기를 실험에서 사용한다.
임의의 빛에 대해서, 단광자 검출기는 ‘on’이나 ‘off’라는 측정 결과를 주고, 각각의 측정 결과에 대응되는 이상적인 단광자 검출기의 projector는 다음과 같이 표현된다.
\[ \hat{\Pi}_{\text{off}} = \vert 0 \rangle \langle 0 \vert \]
\[ \hat{\Pi}_{\text{on}} = \mathbb{I} - \vert 0 \rangle \langle 0 \vert \]
이를 사용하면 주어진 양자 상태 $$\rho_{x}$$에 대한 측정 확률 $$p(y \vert x) = \text{Tr} \left[\hat{\Pi}_{y}  \rho_{x} \right]$$을 계산할 수 있고, 이에 따라 피셔 정보 값 $$F(x)$$를 구할 수 있다. 위 projector는 이상적인 단광자 검출기에 관한 것이고, 실제 단광자 검출기는 측정 효율(detection efficiency), 다크 카운트(dark count) 등의 현실적 요소들을 포함한 projector들을 사용해서 기술해야 한다 <ref name = "Modified detector tomography technique applied to a superconducting multiphoton nanodetector">J. J. Renema ''et al.'', Modified detector tomography technique applied to a superconducting multiphoton nanodetector, Optics Express '''20''', 2806 (2012). doi:[https://doi.org/10.1364/OE.20.002806 10.1364/OE.20.002806].</ref><ref name = "Semiempirical Modeling of Dark Count Rate and Quantum Efficiency of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors">M. K. Akhlaghi and A. H. Majedi, Semiempirical Modeling of Dark Count Rate and Quantum Efficiency of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors, IEEE Transactions on Applied Superconductivity '''19''', 361 (2009). doi:[https://doi.org/10.1109/TASC.2009.2018846 10.1109/TASC.2009.2018846].</ref>.

단광자 검출기는 크게 두 가지 방법으로 실험에서 사용된다. 첫 번째는 광전류의 증폭 기능이 있는 포토다이오드(photodiode)인 어발란체 포토다이오드(avalanche photodiode - APD)를 사용하는 것이고 <ref name = "Avalanche photodiodes and quenching circuits for single-photon detection">S. Cova ''et al.'', Avalanche photodiodes and quenching circuits for single-photon detection, Applied Optics '''35''', 1956 (1996). doi:[https://doi.org/10.1364/AO.35.001956 10.1364/AO.35.001956].</ref><ref name = "Geiger-mode avalanche photodiodes, history, properties and problems">D. Renker, Geiger-mode avalanche photodiodes, history, properties and problems, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment '''567''', 48 (2005). doi:[https://doi.org/10.1016/j.nima.2006.05.060 10.1016/j.nima.2006.05.060].</ref>, 두 번째는 흡수된 빛에 의해 초전도 상태가 깨지는 현상을 활용한 초전도 나노와이어 단광자 검출기(superconducting nanowire single-photon detector - SNSPD)를 사용하는 것이다<ref name = "Superconducting nanowire single-photon detectors for quantum information">L. You, Superconducting nanowire single-photon detectors for quantum information, Nanophotonics '''9''', 2673 (2020). doi:[https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0186 10.1515/nanoph-2020-0186].</ref><ref name = "Waveguide-integrated superconducting nanowire single-photon detectors">S. Ferrari, C. Schuck and W. Pernice, Waveguide-integrated superconducting nanowire single-photon detectors, Nanophotonics '''7''', 1725 (2018). doi:[https://doi.org/10.1515/nanoph-2018-0059 10.1515/nanoph-2018-0059].</ref><ref name = "Superconducting nanowire single-photon detectors: physics and applications">C. M. Natarajan, Superconducting nanowire single-photon detectors: physics and applications, Superconductor Science and Technology '''25''', 063001 (2012). doi:[https://doi.org/10.1088/0953-2048/25/6/063001 10.1088/0953-2048/25/6/063001].</ref>.

요약:

한국양자정보학회 위키에서의 모든 기여는 다른 기여자가 편집, 수정, 삭제할 수 있다는 점을 유의해 주세요. 만약 여기에 동의하지 않는다면, 문서를 저장하지 말아 주세요.
또한, 직접 작성했거나 퍼블릭 도메인과 같은 자유 문서에서 가져왔다는 것을 보증해야 합니다(자세한 사항은 한국양자정보학회 위키:저작권 문서를 보세요). 저작권이 있는 내용을 허가 없이 저장하지 마세요!

취소 편집 도움말 (새 창에서 열림)

원본 주소 "https://wiki.qisk.or.kr/양자_센서_(Quantum_Sensor)"

양자 센서 (Quantum Sensor) 편집하기 (부분)

둘러보기 메뉴

검색