양자 센서 (Quantum Sensor) 편집하기 (부분)

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===광자 수 분해 검출 (Photon-number resolving detection)===
위의 단광자 검출기는 광자의 존재를 명확하게 검출하지만, 광자 수의 분포를 측정할 순 없다. 광자 수 분포를 측정하는 것은 기초연구와 응용연구에서 모두 중요한데, 광자 수의 분포를 측정하는 장치를 광자 수 분해 검출기(photon-number-resolving detector) 또는 광자 수 계수기(photon-number counter)라 부른다.

광자 수 분해 검출기는 광자 수 $$n$$에 대한 측정 결과를 주고, 각 측정 결과에 대한 이상적인 광자 수 분해 검출기의 projector는 다음과 같이 표현된다.
\[ \hat{\Pi}_{n} = \vert n \rangle \langle n \vert \]
마찬가지로, 이를 사용하면 주어진 양자 상태  $$\rho_{x}$$에 대한 측정 확률 $$p(y \vert x) = \text{Tr} \left[\hat{\Pi}_{y}  \rho_{x} \right]$$과 피셔 정보 값 $$F(x)$$를 모두 구할 수 있고, 현실적인 요소들이 반영된 projector들을 사용하면 실제 광자 수 분해 검출기의 작동을 잘 기술할 수 있다 <ref name = "Tomography of quantum detectors">J. S. Lundeen, Tomography of quantum detectors, Nature Physics '''5''', 27 (2009). doi:[https://doi.org/10.1038/nphys1133 10.1038/nphys1133].</ref>.

양자 광학 실험에서 광자 수 분포는 공간적(spatial)/시간적(temporal) 멀티플렉서(multiplexer)와 여러 개의 단광자 검출기를 사용해서 주로 측정한다 <ref name = "Photon-number-resolving detection using time-multiplexing">D. Achilles ''et al.'', Photon-number-resolving detection using time-multiplexing, Journal of Modern Optics '''51''', 1499 (2003). doi:[https://doi.org/10.1080/09500340408235288 10.1080/09500340408235288].</ref><ref name = "Photon-number resolution using time-multiplexed single-photon detectors">M. J. Fitch, B. C. Jacobs, T. B. Pittman, and J. D. Franson, Photon-number resolution using time-multiplexed single-photon detectors, Physical Review A '''68''', 043814 (2003). doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRevA.68.043814 10.1103/PhysRevA.68.043814].</ref>. 멀티플렉서란 입사된 빛을 $$M$$ 개의 공간 모드나 시간 모드로 나눠주는 역할을 하는데, 이때 입사된 빛의 평균 에너지보다 $$M$$이 충분히 크다면, 멀티플렉서의 각 출력 포트에서 두 개 이상의 광자가 발견될 확률은 거의 0에 가깝다. 따라서, 단광자 검출기를 이용해서 광자가 발견되는 출력 포트의 개수를 세면, 입사된 빛의 광자 수를 근사적으로 잘 측정할 수 있다. 한편, 최근에는 흡수된 광자 수에 따른 온도변화를 측정하는 Transition edge sensor에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 <ref name = "Noise-free high-efficiency photon-number-resolving detectors">D. Rosenberg, A. E. Lita, A. J. Miller, and S. W. Nam, Noise-free high-efficiency photon-number-resolving detectors, Physical Review A '''71''', 061803 (2005). doi:[https://doi.org/10.1103/PhysRevA.71.061803 10.1103/PhysRevA.71.061803].</ref><ref name = "High quantum efficiency photon-number-resolving detector for photonic on-chip information processing">B. Calkins ''et al.'', High quantum efficiency photon-number-resolving detector for photonic on-chip information processing, Optics Express '''21''', 22657 (2013). doi:[https://doi.org/10.1364/OE.21.022657 10.1364/OE.21.022657].</ref><ref name = "Titanium-based transition-edge photon number resolving detector with 98% detection efficiency with index-matched small-gap fiber coupling">D. Fukuda ''et al.'', Titanium-based transition-edge photon number resolving detector with 98% detection efficiency with index-matched small-gap fiber coupling, Optics Express '''19''', 870 (2011). doi:[https://doi.org/10.1364/OE.19.000870 10.1364/OE.19.000870].</ref><ref name = "Quantum characterization of superconducting photon counters">G. Brida ''et al.'', Quantum characterization of superconducting photon counters, New Journal of Physics '''14''', 085001 (2012). doi:[https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/8/085001 10.1088/1367-2630/14/8/085001].</ref>.

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