양자 센서 (Quantum Sensor) 편집하기 (부분)

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== 에너지 준위 변화를 이용한 양자 계측 ==

측정 센서로 사용되는 이준위 원자 시스템(two-level atomic system)의 경우 자기장, 전기장, 압력, 온도 등과 같은 외부 환경의 물리량의 변화 따라 원자 시스템 에너지 준위가 변화하게 된다. 원자 시스템에서는 두 에너지 준위 차이에 해당하는 공명 주파수의 전자기파 신호를 주입시켜 라비 진동(Rabi oscillation)을 유도하여 큐비트 상태를 제어하는데, 공명 주파수를 정확하게 측정하기 위하여서 원자 시스템에 따라 광측정<ref>P. Delaney, J. C. Greer, &amp; J. A. Larsson, Spin-polarization mechanisms of the nitrogen-vacancy center in diamond, Nano Letters, 10, 610 (2010). doi:[https://doi.org/10.1021/nl903646p 10.1021/nl903646p].</ref>이나 유도계수(inductance)측정<ref name=Romani>G. L. Romani, S. J. Williamson &amp; L. Kaufman, Biomagnetic instrumentation, Review of Scientific Instruments, 53,1815 (1982). doi:[https://doi.org/10.1063/1.1136907 10.1063/1.1136907].</ref>이 사용된다. 이러한 측정 방법들을 이용하면 외부 환경에 의한 공명 주파수 값의 변화를 광측정이나 유도계수 측정을 통하여 알아낼 수 있다. 예를 들어서 광측정 자기공명 측정방법의 경우 외부 자기장에 의해 발생되는 제이만 효과(Zeeman effect)는 원자 시스템의 공명 주파수를 변화시키고, 입력 전자기파 신호에 의해 원자가 방출하는 광량의 변화를 측정함으로 원자 에너지 준위의 변화를 측정할 수 있다. 고체 시스템 원자 센서를 이용한 측정의 경우 원자의 스핀 방향이 고정되어 있어 측정되는 물리량은 원자 스핀 방향에 투영된 값만큼만 반응하게 된다. 이러한 성질을 이용하여 고체 격자 내에 여러 스핀 방향을 가지는 원자 시스템의 경우 측정하는 물리량의 삼차원 벡터 성분을 재건시킬 수 있다<ref name=Maertz1>B. J. Maertz1 ''et al.'', Vector magnetic field microscopy using nitrogen vacancy centers in diamond, Applied Physics Letters 96, 092504 (2010). doi:[https://doi.org/10.1063/1.3337096 10.1063/1.3337096].</ref>. 에너지 준위 변화를 이용한 양자 계측은 시간에 따라 변하는 물리량도 측정이 가능하나, 시간에 대해 고정되어있는 물리량을 측정하기에 더 유리하고, 측정 프로토콜이 양자 위상을 이용한 계측보다 간단(robust)하다는 장점이 있다. 하지만 대체적으로 양자 위상을 이용한 방법보다 측정이 정교하지 못하고, 그로 인해 측정 민감도가 떨어진다는 단점이 있다<ref name=Barry>J. F. Barry ''et al.'', Sensitivity optimization for NV-diamond magnetometry, Reviews of Modern Physics 92, 015004 (2020). doi:[https://doi.org/10.1103/RevModPhys.92.015004 10.1103/RevModPhys.92.015004].</ref>.

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