关于将散粒噪声用于光子计数

Lieu等人（2015）最近声称，有可能大幅提高射电天文观测的灵敏度。实质上，他们的提议是利用光子散粒噪声（photon shot noise）的强度作为光子到达率的度量。Lieu等人（2015）对一种使用两个探测器的拟议测量方案进行了详细的量子力学计算，并得出结论认为该方案避免了与光子聚束（photon bunching）相关的灵敏度退化。如果正确，这一结果可能对射电天文学产生深远影响。在此，我对使用一个或多个（either one or two）探测器的散粒噪声测量方案所能达到的灵敏度进行了详细分析，并证明两种方案均无法避免光子聚束惩罚。我进行了半经典和全量子两种灵敏度计算，获得了一致的结果，并给出了这两种方法等价性的形式化证明。这些直接计算还被证明与基于相关方法的间接论证相一致，该间接论证确立了散粒噪声测量方案灵敏度的独立极限。总之，这些结果确凿地表明，光子聚束灵敏度惩罚同样适用于散粒噪声测量方案，正如其适用于普通光子计数一样，这与Lieu等人（2015）的基本主张相矛盾。这一矛盾的根源被追溯至他们论证中的一个逻辑谬误。