KR102668739B1 - 타겟을 검출하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 복수의 광섬유 기반 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 타겟 검출 방법은 복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 단계; 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계; 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 단계; 및 양자 측정을 통해 타겟을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

타겟을 검출하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TARGET DETECTION}
본 개시는 복수의 광섬유 광원에서 생성된 복수의 광자쌍의 비고전적 상관관계를 이용하여 타겟을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
양자 상관관계를 갖는 광자쌍은 고전광이 가지는 상관관계의 한계 값보다 높은 값을 가질 수 있으며, 이러한 비고전적 양자 상관관계(quantum correlation)은 자발 매개 하향 변환(spontaneous parametric down conversion; SPDC) 또는 자발 사광파 조화(spontaneous four-wave mixing; SFWM) 현상을 이용하여 생성될 수 있으며, 이러한 양자 광자쌍의 상관관계를 이용하여 반사율이 낮고 노이즈가 많은 환경에서 물체의 이미지를 구현하는 양자 이미징(quantum imaging), 물체의 유무를 식별하는 양자 조명(quantum illumination) 기술이 활발히 연구되고 있다.
양자 이미징 기술에서 비선형 결정에 높은 에너지의 펌프광을 가하여 시그널(signal) 광자 및 아이들러(idler) 광자를 포함하는 광자쌍을 생성할 수 있다. 광자쌍은 공간적으로 강한 상관관계를 가지고 있으므로, 이러한 상관관계를 이용하여 높은 신호 대 잡음 비(SNR)를 갖는 양자 이미징 기술을 구현할 수 있다.
하지만, 광원 부분에서의 양자 광자쌍 생성 확률은 2차 이상의 비선형 과정을 이용해야 하므로 생성 효율이 매우 낮은 문제가 있다. 또한 양자 이미징을 위한 광자 검출기는 광자 개수에 선형적으로 반응하는 민감도를 가지고, 최대한 측정할 수 있는 광자의 측정 개수의 한계가 존재하므로, 정밀한 측정을 위하여 많은 측정 시간이 요구된다. 더욱이, 반사율이 매우 낮은 물체(타겟)에 반사된 광자를 이용한 양자 이미징은 이미지를 구현하기 위한 광자를 검출하기에 더욱 많은 시간을 필요로 한다.
본 실시 예가 해결하고자 하는 과제는, 단일 모드 광섬유 기반의 양자 광원 복수 개를 병렬적으로 구성하여, 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하여 타겟으로 전송하고, 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행함으로써 타겟을 검출하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 타겟 검출 방법은 복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 단계; 상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계; 상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 단계; 및 상기 양자 측정을 통해 상기 타겟을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 양자 광원은 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전송하는 단계는, 시준기(collimator)를 통해 상기 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하는 단계; 및 상기 배열된 복수의 시그널 광자를 상기 타겟으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 타겟 검출 방법은 복수의 검출기를 이용하여, 상기 배열된 복수의 시그널 광자 각각에 대응되게 상기 복수의 아이들러 광자 각각을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 생성하는 단계는, 밀집 파장 분할 다중화(dense wavelength division multiplexing; DWDM) 소자를 사용하여 상기 복수의 시그널 광자 및 상기 복수의 아이들러 광자를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 생성하는 단계는, 자발 사광파 조화(spontaneous four-wave mixing; SFWM)를 사용하여 상기 복수의 광자쌍을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 복수의 양자 광원 중 적어도 하나는, 단일 모드 광섬유 광원; 및 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 복수의 양자 광원 각각은, 단일 모드 광섬유 광원; 및 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 복수의 양자 광원의 복수의 하이브리드 시그널 광자를 상기 타겟으로 전송하는 단계; 상기 타겟으로부터 반사된 하이브리드 시그널 광자와, 상기 복수의 양자 광원 각각의 상기 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나, 및 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 아이들러 광자들의 양자 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 하이브리드 시그널 광자 중 제1 하이브리드 시그널 광자는, 상기 복수의 양자 광원 중 제1 양자 광원의 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 시그널 광자와, 상기 제1 양자 광원의 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 통해 생성된 시그널 광자가 밀집 파장 분할 다중화 소자를 사용하여 결합된 시그널 광자일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 생성하는 단계는, 자발 매개 하향 변환(spontaneous parametric down conversion; SPDC) 또는 자발 사광파 조화를 사용하여 상기 복수의 광자쌍을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 타겟 검출 장치는, 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함하는 복수의 양자 광원; 복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 레이저 소스; 및 상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하고, 상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따르는 타겟 검출 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 비일시적 기록매체로서, 상기 타겟 검출 방법은, 복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 단계; 상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계; 상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 단계; 및 상기 양자 측정을 통해 상기 타겟을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 양자 광원은 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함하는, 비일시적 기록매체일 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 개시에 따른 타겟 검출 방법은 광자쌍 생성 확률이 낮은 양자 광원 복수 개를 준비하고, 복수 개의 양자 광원에서 생성된 복수의 시그널 광자들을 배열하여 타겟으로 전송하고, 반사되어 돌아오는 시그널 광자와 아이들러 광자의 양자 측정을 통하여 타겟 검출의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 일반적인 광자쌍의 생성은 자유공간의 매질에서 비선형 광학 과정으로 광자쌍을 생성한 후 광섬유에 집약하는 과정에서 손실(loss)을 피할 수 없지만, 본 개시에 따른 타겟 검출 방법에서 사용하는 단일 모드 광섬유 광원은 광자들이 광섬유에 가이딩(guiding)되어 있기 때문에 광자를 집약하는 손실 없이 분리된 광자들을 활용할 수 있다.
본 개시에 따른 타겟 검출 방법은 시그널 광자와 아이들러 광자의 비고전적 상관관계를 이용한 양자 측정을 사용하여 타겟 검출의 오류율을 감소시킬 수 있으며, 하이브리드 형태의 광원 결합을 통해 상이한 광원들의 선폭을 합칠 수 있어 한 종류의 광원을 사용할 때보다 타겟 검출의 오류율을 더욱 감소시킬 수 있다.
발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 타겟 검출 방법을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 2는 본 개시에 따른 비선형 결정에서 SPDC 과정으로 광자쌍을 생성하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 개시에 따른 SPDC 방법으로 생성된 광자쌍이 만족해야 하는 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 도시한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 개시에 따른 광섬유에서 SFWM 과정으로 광자쌍을 생성하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 개시에 따른 SFWM 방법으로 생성된 광자쌍이 만족해야 하는 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 도시한 예시적인 도면이다.
도 6은 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원에서 생성된 복수의 시그널 광자를 배열하여 타겟으로 보내는 과정을 도시한 예시적인 도면이다.
도 7은 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 방법을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
도 8은 본 개시에 따른 타겟 검출 방법을 사용하여 획득된 예시적인 타겟 이미징 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 개시에 따른 상이한 종류의 양자 광원을 결합한 하이브리드 광원의 구성을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 10은 본 개시에 따른 복수의 양자 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 방법을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
도 11은 본 개시에 따른 광자의 대역폭에 따른 타겟 검출의 오류율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 12는 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 장치의 각 구성을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a, b, 및 c 모두'를 포괄할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시에 따른 타겟 검출 방법을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 단계 S110에서, 타겟 검출 장치는 복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성할 수 있다.
양자 상관관계를 가지는 광자쌍은 고전광이 가지는 상관관계의 한계 값보다 높은 값을 가질 수 있으며, 양자 광원에 펌프광을 가하여 생성될 수 있다. 양자 이미징 또는 양자 조명 기술에서 광자쌍을 이용하여 타겟의 정보를 획득하는 데 기반이 되는 광자쌍 생성 기술은 2차 비선형 광학 과정(χ(2))인 자발 매개 하향 변환(SPDC) 또는 3차 비선형 광학 과정(χ(3))인 자발 사광파 조화(SFWM) 기술을 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시에 따른 비선형 결정에서 SPDC 과정으로 광자쌍을 생성하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 2차(χ(2)) 비선형 결정에 펌프광을 가하여 광자쌍을 생성하는 SPDC 과정이 도시된다. SPDC 과정은 높은 에너지의 펌프 광자가 비선형 매질을 통과한 후, 두 개의 낮은 에너지의 광자쌍인 시그널(signal) 광자와 아이들러(idler) 광자로 분리되는 것을 의미한다. 레이저를 사용하여 에너지 , 운동량 를 갖는 펌프 광자를 2차 비선형 결정에 가하면 에너지 , 운동량 를 갖는 시그널 광자와 에너지 , 운동량 를 갖는 아이들러 광자로 분리될 수 있으며, 시그널 광자와 아이들러 광자는 후술할 도 3에 도시된 바와 같이 운동량 보존과 에너지 보존을 모두 만족한다. 이렇게 생성된 광자쌍은 공간적으로 강한 상관관계를 가지고, 강한 상관관계를 이용하여 잡음에 강하고 높은 신호 대 잡음 비(signal to noise ratio; SNR)를 갖는 양자 이미징 기술을 구현할 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 SPDC 방법으로 생성된 광자쌍이 만족해야 하는 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 도시한 예시적인 도면이다.
도 3에 따르면, 도식(301)에서와 같이, 펌프 광자의 에너지는 시그널 광자와 아이들러 광자로 분리된 이후에도 보존되며(즉, ), 펌프 광자의 운동량 또한 시그널 광자와 아이들러 광자로 분리된 이후에도 보존됨(즉, )을 확인할 수 있다.
한편, 양자 광원에서 양자 광자쌍을 생성하기 위해서는 2차 이상의 비선형 광학 과정을 이용해야 하므로 광자쌍의 생성 확률이 매우 낮다. 광자쌍의 생성 확률과 광자쌍의 상관관계의 관계는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
여기에서 P s(i) 는 시그널(아이들러) 광자의 검출 확률이고, g (2) s,i 는 광자쌍의 2차 상관관계이다. 만약, 시그널 광자와 아이들러 광자가 완전한 랜덤한 상관관계를 가진다면 P s,i = P s x P i 가 되어 g (2) s,i 는 1이 된다. 그러나, 시그널 광자와 아이들러 광자가 강한 상관관계를 갖는다면 P s,i 는 P s 또는 P i 로 존재하게 되고, g (2) s,i 는 1/P s(i) 가 되어, 2차 이상의 비선형 광학 과정으로 생성된 광자쌍의 경우 시그널(아이들러) 광자의 검출 확률 P s(i) 는 매우 작은 값을 가지므로 광자쌍의 2차 상관관계 g (2) s,i 는 매우 높은 값을 가질 것이다. 결국, 시그널(아이들러) 광자의 검출 확률이 낮을 경우, 광자쌍은 높은 상관관계를 가져 높은 SNR을 갖는 양자 이미징 기술을 구현할 수 있다. 그러나, 광자쌍의 생성 확률이 낮을수록 양자 광원의 광자쌍 생성 효율이 매우 낮아지므로 노이즈가 많고 반사율이 매우 낮은 물체(타겟)에서 반사된 광자를 이용한 양자 이미징은 측정 효율이 낮고 측정하는 데 많은 시간을 필요로 한다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 명세서에서는 광자쌍 생성 확률이 낮은 양자 광원 복수 개를 준비하고, 복수 개의 양자 광원에서 생성된 복수의 시그널 광자들을 배열하여 타겟으로 전송하고, 반사되어 돌아오는 시그널 광자와 아이들러 광자의 양자 측정(quantum joint measurement)을 통하여 타겟 검출의 효율성을 높일 수 있다. 특히 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하기 용이한 단일 모드 광섬유(single mode fiber; SMF) 광원을 사용하여 광자쌍을 생성하는 예시적인 과정은 이하에서 도 4를 이용하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 개시에 따른 광섬유에서 SFWM 과정으로 광자쌍을 생성하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 레이저 소스(401)에서 에너지 를 갖는 펌프 레이저를 광섬유(402)에 인가할 수 있다.
일 실시 예에서, 광섬유(402)는 통신 파장대역의 단일모드 광섬유를 포함할 수 있다. 광섬유(402)의 일부분은 액체 질소(liquid Nitrogen)에 의해 저온(대략 77K)으로 유지되고, 대략 10ps의 펄스 펌프광이 광섬유(402)에 인가되면 SFWM 과정을 통해 광자쌍이 생성될 수 있다. 일반적인 광자쌍의 생성은 자유공간의 매질에서 비선형 광학 과정으로 광자쌍을 생성한 후 광섬유에 집약하는 과정에서 손실(loss)을 피할 수 없지만, 단일 모드 광섬유 광원은 광자들이 광섬유에 가이딩(guiding)되어 있기 때문에 광자를 집약하는 손실 없이 분리된 광자들을 활용할 수 있다. 위 실시 예에서 단일 모드 광섬유 광원에서 SFWM 과정에 의해 시준기의 집약 손실이 없이 생성된 광자쌍을 활용하지만, 다른 실시 예에서 생성된 광자쌍 중 시그널 광자 또는 아이들러 광자의 파장이 통신 파장을 갖는다면, 비선형 결정 광원에서의 SPDC 과정이나 원자 증기셀 광원에서의 SFWM 과정으로 생성된 광자쌍을 활용할 수 있다. 이 경우 광섬유가 아닌 매질에서 비선형 과정으로 광자쌍을 생성한 후 광섬유에 집약하는 과정에서 시준기의 집약 손실을 피할 수 없다.
밀집 파장 분할 다중화(dense wavelength division multiplexing; DWDM) 소자(403)는 광섬유에서 서로 다른 파장을 갖는 광을 분리하거나 결합할 수 있는 소자로, 광섬유(402)에서 생성된 광자쌍으로부터 펌프광을 거르고, 단일 공간 모드에서 광자쌍을 서로 다른 파장을 갖는 시그널 광자(404) 및 아이들러 광자(405)로 분리할 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 SFWM 방법으로 생성된 광자쌍이 만족해야 하는 에너지 보존 법칙과 운동량 보존 법칙을 도시한 예시적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 앞에서 생성된 시그널 광자(404)와 아이들러 광자(405)는 에너지 보존 법칙(501)과 운동량 보존 법칙(502)을 모두 만족하는 주파수와 방향으로 생성되며, 이를 만족하는 광자들의 선폭은 대략 400~600 GHz를 가질 수 있다. 이와 같은 선폭을 갖는 광자쌍은 상용화된 DWDM 소자를 사용하여 펌프광, 시그널 광자 및 아이들러 광자로 분리할 수 있다.
위와 같이 생성되어 분리된 시그널 광자의 파장은 1550nm 대역의 통신 파장 영역에 속한다. 이러한 통신 파장 대역의 광은 광섬유에서 손실이 0.3 dB/km 정도로 매우 낮고, 자유 공간에서 대기 흡수와 산란이 매우 적으며, 태양광에서 나오는 스펙트럼이 거의 없어 신호를 전송하고 수신하는 데 유용하다는 장점을 갖는다. 이와 같이 통신 파장 영역은 산업에서 수요가 매우 높아 소자 개발이 잘 이루어져 있어 활용성이 높고 기술 확장 측면에서 유리할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 단계 S120에서, 타겟 검출 장치는 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송할 수 있다. 복수의 양자 광원에 각각 펌프광을 인가하여 복수의 시그널 광자와 복수의 아이들러 광자가 생성될 수 있고, 이중 복수의 시그널 광자를 검출하고자 하는 타겟의 정보를 획득하기 위해 타겟으로 전송할 수 있다. 일 실시 예에서, 전송하는 단계는 시준기를 통해 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하고, 배열된 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이하 도 6을 참조하여 복수의 병렬적 양자 광원에서 생성된 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하여 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 예시적인 과정을 설명하기로 한다.
도 6은 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원에서 생성된 복수의 시그널 광자를 배열하여 타겟으로 보내는 과정을 도시한 예시적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저 소스(601) 및 N개의 병렬적인 광섬유 광원(602)이 배치될 수 있다. 레이저 소스(601)는 펌프광을 생성하여 각각 N개의 광섬유 광원(602)에 펌프광을 인가할 수 있고, N개의 광섬유 광원(602)은 인가된 펌프광으로부터 각각 광자쌍을 생성할 수 있으며, 광자쌍은 복수의 시그널 광자(603) 및 복수의 아이들러 광자(604)로 각각 분리될 수 있다. N개의 시그널 광자(603)는 상용화된 피그테일 형태의 (예를 들어, 대략 3mm의 직경을 갖는) 시준기를 통해 배열될 수 있다. 이와 같이 다른 양자 광원(예를 들어, 비선형 결정 광원, 원자 증기셀 광원)을 통해 생성된 광자와는 달리, 광섬유 광원에서 생성되어 가이딩된 광자들은 상용화된 시준기를 통해 배열을 구성하기가 용이하고 광섬유에 광자들을 집약하는 손실이 없어 타겟 검출과 같은 양자 이미징 기술의 효율성을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 광섬유 광원(602)에서 생성된 복수의 아이들러 광자(604)는 복수의 검출기(미도시)를 이용하여, 배열된 복수의 시그널 광자(603) 각각에 대응되게 각각 검출될 수 있다. 일반적인 단일 광자 검출기(single photon detector; SPD)는 입력되는 광자 신호를 전기 신호로 변환하여 광자가 검출되었음을 결정할 수 있는데, 이때 입력되는 광자를 선형적으로 정확하게 측정할 수 있는 범위가 제한될 수 있다. 이는 하나의 광자가 검출되고 다음 광자를 검출하기 위해서 검출기가 광자 검출 준비 상태로 돌아가는 시간(즉, 데드 타임)이 존재할 수 있고, 이 시간 동안 입력되는 광자는 정확히 측정되지 않을 수 있기 때문이다. 따라서, 복수의 광섬유 광원(602) 각각에서 생성되는 복수의 아이들러 광자(604)를 측정하기 위한 검출기를 복수의 광섬유 광원(602)마다 별도로 배치함으로써 아이들러 광자 수의 선형적 검출 범위의 한계를 극복할 수 있고, 검출된 아이들러 광자와 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 시그널 광자의 상관관계를 활용하여 효율적인 양자 측정을 할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 단계 S130에서, 타겟 검출 장치는 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 복수의 아이들러 광자의 양자 측정(quantum joint measurement)을 수행할 수 있다. 즉, 배열된 통신 파장 대역의 시그널 광자들을 타겟에 전송하여 반사된 시그널 광자와 보존된 아이들러 광자들의 비고전적 상관관계를 측정함으로써 노이즈가 많고 반사율이 적은 타겟의 정보를 획득함에 있어서 노이즈와 구별되는 높은 SNR의 신호를 얻을 수 있다.
도 7은 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 방법을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
도 7을 참조하면, 레이저 소스(701)에서 생성된 레이저 펌프광이 복수의 광섬유 광원(702) 각각에 인가되면, 복수의 광섬유 광원(702) 각각에서 복수의 광자쌍이 생성될 수 있다. 복수의 광자쌍은 복수의 시그널 광자(703) 및 복수의 아이들러 광자(704)를 포함할 수 있고, 그 중 복수의 시그널 광자(703)는 배열을 형성하여 타겟(705)으로 전송될 수 있다. 타겟으로부터 반사된 시그널 광자는 복수의 보존된 아이들러 광자(704)와 함께 양자 측정(706)되어 양자 이미징 기술에 활용될 수 있다.
도 8은 본 개시에 따른 타겟 검출 방법을 사용하여 획득된 예시적인 타겟 이미징 결과를 나타내는 도면이다.
도식(801)은 타겟에 전송하기 위해 배열된 복수의 시그널 광자를 나타낸다. 예를 들어, 20개의 광섬유 광원에서 생성된 20개의 광자쌍 중 20개의 시그널 광자가 도식(801)과 같이 배열되어 타겟으로 전송될 수 있고, 20개의 시그널 광자 각각에 대응되는 20개의 아이들러 광자 또한 광자 검출기에서 검출될 수 있다. 타겟으로 전송된 시그널 광자들 중 반사된 시그널 광자가 11번 아이들러 광자와 양자 측정이 된다면 11번 시그널 광자가 전송된 위치에 타겟이 존재한다는 것을 결정할 수 있다. 유사하게, 타겟으로 전송된 시그널 광자들 중 3번 이아들러 광자와 양자 측정이 되는 반사된 시그널 광자가 존재하지 않는다면 3번 시그널 광자가 전송된 위치에 타겟이 존재하지 않는다는 것을 결정할 수 있다. 도 8에서 특정한 개수의 시그널 광자가 특정한 배열을 형성하여 전송되는 것으로 도시되었지만, 이는 예시적인 것일 뿐이며 시그널 광자의 개수 또는 배열의 형태를 제한하려는 것이 아님을 유의하여야 한다.
도식(802)은 고전 측정을 이용하여 검출하려는 타겟과 함께 노이즈(예를 들어, 햇빛)도 함께 측정이 되는 예시적인 타겟 이미징 결과를 나타내는 도면이다. 예를 들어, 시그널 광자와 아이들러 광자의 비고전적 상관관계를 이용하지 않고, 타겟에서 반사되어 들어오는 시그널 광자들 단독으로 고전 측정을 하게 된다면 타겟 뿐만 아니라 노이즈도 함께 검출이 될 것이고, 노이즈의 광량(광자의 개수)이 시그널 광자의 광량보다 클 경우 타겟을 정확히 이미징하는 것이 어려울 것이다.
단일 광자 검출기에서 고전 광을 이용한 고전 측정과 시그널 광자 및 아이들러 광자의 비고전적 상관관계를 이용한 양자 측정을 비교하면, 고전 측정의 경우 노이즈가 많은 상태에서 시그널 광자 단일 검출기에서 측정되는 결과에서 타겟 정보를 노이즈 정보와 구분하는 것이 쉽지 않다. 한편, 양자 광을 이용하는 경우 동시 측정을 통하여 측정되는 노이즈 성분 확률 P coin noise 은 다음의 수학식 2와 같이 감소될 수 있다.
[수학식 2]
P coin noise = P s noise × P i × T window
여기서 P s noise 는 시그널 광자를 측정하는 곳의 노이즈 성분 확률이며, P i 는 아이들러 광자의 검출 확률이고, T window 는 동시 측정의 시간적 범위를 나타낸다. 이 경우, T window 는 나노초(nanoseconds) 정도로 매우 작은 값이므로, 랜덤한 상관관계를 가지는 노이즈에 대한 동시 측정 확률은 매우 작아지며, 시그널 광자와 아이들러 광자는 T window 값에 거의 영향을 받지 않아 높은 SNR의 신호를 얻을 수 있다.
도식(803)은 검출하려는 타겟의 양자 측정을 이용한 예시적인 이미징 결과를 나타내는 도면이다. 반사된 시그널 광자와 아이들러 광자의 양자 측정을 이용하면 무작위적인 이벤트인 노이즈 성분의 카운트 확률이 매우 낮아져서 검출하고자 하는 타겟의 이미지가 고전 측정에 비해서 뚜렷하게 측정될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 단계 S140에서, 타겟 검출 장치는 양자 측정을 통해 타겟을 검출할 수 있다.
이하의 도 9 및 도 10에서는, 도 7에 도시된 복수의 광섬유 광원을 이용한 타겟 검출 방법의 응용 및 확장으로 다양한 양자 광원에서 광자쌍을 생성하고 이들을 하이브리드(hybrid) 형태로 결합하여 배열을 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 9는 본 개시에 따른 상이한 종류의 양자 광원을 결합한 하이브리드 광원의 구성을 나타내는 예시적인 도면이다.
도 9를 참조하면, 광섬유 광원(903) 뿐만 아니라 원자 증기셀 광원(901) 및 비선형 결정 광원(902)에서 광자쌍을 생성하고, 그 중 생성된 시그널 광자들을 DWDM 소자(904)를 사용하여 결합하여 하이브리드 시그널 광자를 전송하는 구성이 도시된다.
광섬유 광원(903)에서 생성되는 시그널 광자는 대략 1552nm의 통신 파장을 가질 수 있다. 원자 증기셀 광원(901)에서 SFWM 과정을 통해 통신 파장 영역으로 생성할 수 있는 시그널 광자는 대략 1530nm의 파장을 가질 수 있다. 비선형 결정 광원(902)에서 SPDC 과정을 통해 통신 파장 영역으로 생성할 수 있는 시그널 광자는 비선형 결정의 엔지니어링(engineering)으로 조절 가능하며, 일반적으로 압축광(squeezed light)을 생성하는 대략 1550nm의 파장을 가질 수 있다.
도 9에서 하이브리드 광원은 원자 증기셀 광원, 비선형 결정 광원 및 광섬유 광원이 하나씩 포함되는 것으로 도시되었지만, 이는 예시적인 것이고, 하이브리드 광원은 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 하이브리드 광원 내의 광섬유 광원은 하나 이상의 광섬유 광원을 포함할 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 복수의 양자 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 방법을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
도 10을 참조하면, 복수의 양자 광원(1001)은 도 9와 같이 구성된 하이브리드 광원 복수 개를 병렬적으로 구성되어 형성될 수 있다. 복수의 양자 광원(1001)은 복수의 광자쌍을 생성하고, 시준기를 통하여 복수의 하이브리드 시그널 광자의 배열(1002)을 형성하고, 타겟(1003)으로 전송할 수 있다. 타겟(1003)으로부터 반사된 시그널 광자는 DWDM 소자(1004)를 통해 광섬유 광원, 비선형 결정 광원 및 원자 증기셀 광원에서 생성된 시그널 광자들로 각각 분리되어 복수의 양자 광원(1001)에서 생성된 각각의 아이들러 광자들과 양자 측정(1005)될 수 있다. 시그널 광자는 단일 광자 검출기(SPD)를 통해 검출될 수 있고, 아이들러 광자는 복수의 단일 광자 검출기를 통해 검출될 수 있거나, CCD(전하 결합 소자)를 통해 검출될 수 있다.
일 실시 예에서, 도 10의 복수의 양자 광원(1001)을 구성하는 각각의 광원은 모두 하이브리드 광원일 수 있다. 다른 실시 예에서, 도 10의 복수의 양자 광원(1001)은 적어도 하나의 하이브리드 광원을 포함할 수 있고, 나머지 광원은 도 4에 도시된 바와 같은 단일 모드 광섬유 광원을 포함할 수 있다.
위와 같이 상이한 종류의 양자 광원을 결합한 하이브리드 광원을 통한 양자 측정을 수행함으로써, 상이한 파장을 갖는 광자들의 상이한 특성을 모두 활용하여 양자 이미징, 타겟 거리 측정, 양자 조명 등의 기술에서의 확장성을 넓힐 수 있으며, 상이한 선폭을 갖는 광자들의 선폭을 합침으로써 선폭이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
도 11은 본 개시에 따른 광자의 대역폭에 따른 타겟 검출의 오류율의 변화를 도시하는 그래프이다.
타겟 검출의 효율은 오류율을 통해 정량화할 수 있는데, 오류율은 물체가 있는데 없다고 탐지하는 탈루(miss detection)의 확률과, 물체가 없는데 있다고 탐지하는 오탐지(false alarm)의 확률의 합으로 계산될 수 있다. 오류율의 상한은 체르노프 상한(Chernoff bound)을 통해 계산할 수 있으며, 이는 주어진 신호와 검출 채널에 의해 정해질 수 있고, 따라서 최적화된 측정 방법이 자동으로 가정될 수 있다.
타겟 검출의 고전 측정의 경우 결맞음 상태(coherent state)를 이용하는 것이 최적임이 알려져 있으며, 그 체르노프 상한은 이다. 여기서 는 물체의 반사율, NS는 신호의 평균 광자 수, NB는 배경 잡음의 평균 광자 수이며, M은 사용한 신호의 모드 수이다. 이와 비교했을 때 이중 모드 진공 압축 상태(two-mode squeezed vacuum state)를 이용하는 경우 양자 체르노프 상한은 로 주어져, 고전 측정의 경우보다 더 낮은 오류 상한을 갖는 것을 확인할 수 있다. 여기서 신호의 모드 수는 상호 독립적인 시행 수로 볼 수 있으며 이는 (신호의 주파수 대역폭) X (측정에 사용한 시간)으로 계산할 수 있다. 본 개시에 따른 광원은 주파수 대역폭을 향상시켜 동일한 측정 시간에서의 타겟 검출 오류율을 감소시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 양자 측정과 결맞음 상태를 이용한 고전 측정 타겟 검출 방법의 오류율을 비교할 수 있다. 양자 조명 기술에서 비선형 SPDC를 이용한 광원에서 생성된 일반적인 광자의 선폭(대역폭)은 대략 1THz이다. 도 11의 그래프는 물체의 반사율은 0.01, 각 주파수의 양자 얽힘 광원의 광자 수(NS)는 0.01, 배경 잡음의 평균 광자 수(NB)는 30, 측정 시간은 1초인 경우에 사용된 주파수 대역폭에 대한 오류율을 나타낸다. 그 결과, 광원의 주파수 대역폭을 늘림에 따라서 타겟 검출 오류율이 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 고전 측정의 타겟 검출의 오류율(점선)과 비교했을 때, 양자 측정의 오류율(실선)이 현저히 낮은 것 또한 확인할 수 있다. 이와 같이, 시그널 광자와 아이들러 광자의 비고전적 상관관계를 이용한 양자 측정을 사용하여 타겟 검출의 오류율을 감소시킬 수 있으며, 하이브리드 형태의 광원 결합을 통해 상이한 광원들의 선폭을 합칠 수 있어 한 종류의 광원을 사용할 때보다 오류율이 낮아질 것을 예상할 수 있다.
도 12는 본 개시에 따른 복수의 광섬유 광원을 사용하여 타겟을 검출하는 장치의 각 구성을 개략적으로 도시하는 예시적인 도면이다.
도 12를 참조하면, 타겟 검출 장치(1200)는 레이저 소스(1201), 복수의 양자 광원(1202) 및 제어기(1203)를 포함할 수 있다.
레이저 소스(1201)는 펌프광을 생성하여 복수의 양자 광원(1202)에 인가할 수 있다.
복수의 양자 광원(1202)은 펌프광으로부터 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성할 수 있다.
제어기(1203)는 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하고, 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어기(1203)는 시준기를 통해 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하고, 배열된 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송할 수 있다.
일 실시 예에서, 타겟 검출 장치(1200)는 복수의 검출기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 복수의 검출기는 배열된 복수의 시그널 광자 각각에 대응되게 복수의 아이들러 광자 각각을 검출할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 양자 광원(1202)에서 복수의 광자쌍이 생성된 후, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자는 밀집 파장 분할 다중화(DWDM) 소자를 사용하여 분리될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 양자 광원(1202)에서 자발 사광파 조화(SFWM)를 사용하여 복수의 광자쌍이 생성될 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 양자 광원(1202) 중 적어도 하나는 단일 모드 광섬유 광원; 및 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 양자 광원(1202) 각각은 단일 모드 광섬유 광원; 및 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 제어기(1203)는 복수의 양자 광원(1202)의 복수의 하이브리드 시그널 광자를 타겟으로 전송하고, 타겟으로부터 반사된 하이브리드 시그널 광자와, 복수의 양자 광원(1202) 각각의 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나, 및 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 아이들러 광자들의 양자 측정을 수행할 수 있으며, 복수의 하이브리드 시그널 광자 중 제1 하이브리드 시그널 광자는, 복수의 양자 광원(1202) 중 제1 양자 광원의 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 시그널 광자와, 제1 양자 광원의 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 통해 생성된 시그널 광자가 밀집 파장 분할 다중화 소자를 사용하여 결합된 시그널 광자일 수 있다.
일 실시 예에서, 복수의 양자 광원(1202) 중 단일 모드 광섬유 광원, 및 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함하는 양자 광원은 자발 매개 하향 변환(SPDC) 또는 자발 사광파 조화(SFWM)를 사용하여 광자쌍을 생성할 수 있다.
전술한 실시 예들에 따른 제어기는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-Access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
전술한 실시 예들은 일 예시일 뿐 후술하는 청구항들의 범위 내에서 다른 실시 예들이 구현될 수 있다.

Claims (10)

  1. 타겟 검출 방법에 있어서,
    복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 단계;
    상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계;
    상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 단계; 및
    상기 양자 측정을 통해 상기 타겟을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 양자 광원은 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함하고,
    상기 양자 측정을 수행하는 단계는
    복수의 검출기를 이용하여, 상기 복수의 시그널 광자 각각에 대응되게 상기 복수의 아이들러 광자 각각을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 검출기는 상기 복수의 양자 광원에서 생성되는 상기 복수의 아이들러 광자를 각각 검출하기 위해 상기 복수의 양자 광원 각각에 대응하여 배치되는, 타겟 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    시준기(collimator)를 통해 상기 복수의 시그널 광자의 배열을 형성하는 단계; 및
    상기 배열된 복수의 시그널 광자를 상기 타겟으로 전송하는 단계를 포함하는, 타겟 검출 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    밀집 파장 분할 다중화(dense wavelength division multiplexing; DWDM) 소자를 사용하여 상기 복수의 시그널 광자 및 상기 복수의 아이들러 광자를 분리하는 단계를 포함하는, 타겟 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    자발 사광파 조화(spontaneous four-wave mixing; SFWM)를 사용하여 상기 복수의 광자쌍을 생성하는 단계를 포함하는, 타겟 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 양자 광원 중 적어도 하나는,
    단일 모드 광섬유 광원; 및
    원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함하는, 타겟 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 양자 광원 각각은,
    단일 모드 광섬유 광원; 및
    원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 복수의 양자 광원의 복수의 하이브리드 시그널 광자를 상기 타겟으로 전송하는 단계;
    상기 타겟으로부터 반사된 하이브리드 시그널 광자와, 상기 복수의 양자 광원 각각의 상기 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나, 및 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 아이들러 광자들의 양자 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 하이브리드 시그널 광자 중 제1 하이브리드 시그널 광자는,
    상기 복수의 양자 광원 중 제1 양자 광원의 단일 모드 광섬유 광원을 통해 생성된 시그널 광자와, 상기 제1 양자 광원의 원자 증기셀 광원 및 비선형 결정 광원 중 적어도 하나를 통해 생성된 시그널 광자가 밀집 파장 분할 다중화 소자를 사용하여 결합된 시그널 광자인, 타겟 검출 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는,
    자발 매개 하향 변환(spontaneous parametric down conversion; SPDC) 또는 자발 사광파 조화를 사용하여 상기 복수의 광자쌍을 생성하는 단계를 포함하는, 타겟 검출 방법.
  9. 타겟 검출 장치에 있어서,
    복수의 양자 광원;
    복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 레이저 소스; 및
    상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하고, 상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 제어기를 포함하고,
    상기 복수의 양자 광원은 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함하고,
    상기 타겟 검출 장치는
    상기 복수의 시그널 광자 각각에 대응되게 상기 복수의 아이들러 광자 각각을 검출하는 복수의 검출기를 더 포함하고,
    상기 복수의 검출기는 상기 복수의 양자 광원에서 생성되는 상기 복수의 아이들러 광자를 각각 검출하기 위해 상기 복수의 양자 광원 각각에 대응하여 배치되는, 타겟 검출 장치.
  10. 타겟 검출 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 비일시적 기록매체로서,
    상기 타겟 검출 방법은,
    복수의 양자 광원에 펌프광을 인가하여, 복수의 시그널 광자 및 복수의 아이들러 광자를 포함하는 복수의 광자쌍을 생성하는 단계;
    상기 복수의 시그널 광자를 타겟으로 전송하는 단계;
    상기 타겟으로부터 반사된 시그널 광자와 상기 복수의 아이들러 광자의 양자 측정을 수행하는 단계; 및
    상기 양자 측정을 통해 상기 타겟을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 양자 광원은 복수의 단일 모드 광섬유 광원을 포함하고,
    상기 양자 측정을 수행하는 단계는
    복수의 검출기를 이용하여, 상기 복수의 시그널 광자 각각에 대응되게 상기 복수의 아이들러 광자 각각을 검출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 복수의 검출기는 상기 복수의 양자 광원에서 생성되는 상기 복수의 아이들러 광자를 각각 검출하기 위해 상기 복수의 양자 광원 각각에 대응하여 배치되는, 비일시적 기록매체.
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