量子探测理论所描述的光子计数，与辐射模式的湮灭有关。光子数量的任何可探测变化都需要至少两个光-物质相互作用过程。因此，经典光源对量子物质的衍射是光-物质相互作用中的二阶过程。现在存在低光子通量或短波长（可以检测光子数变化）的实验设置，则需要考虑光的量子性质。

多维衍射可以通过将分子置于脉冲序列中获得的光子符合计数来测量。潜在的物质信息是由控制自发电荷涨落的电荷密度的多点相关函数给出的。由于场和电荷密度的量子性质和经典响应理论，场和电荷密度的响应和自发涨落是混合的。然而，该过程是因果的，并且不适用。因此，包含几个微扰然后进行一次测量的多维光谱，从根本上不同于多维衍射，它由一系列测量组成，因此可能不能简单地通过对经典信号的数据处理来恢复。多维衍射携带着与自发电荷涨落有关的新型信息，经典光无法获取这些信息。

实验室康司坦丁·多尔夫曼教授研究小组从理论上研究了非经典X射线源的非共振衍射，并探索了衍射的相位相关量子修正，并包含单个光-物质相互作用过程。场强测量表明，探测器的局域量子涨落与探测模式耦合，在电荷密度上产生线性信号。相干（类似经典光）或单光子态提供更高的空间和光谱分辨率，而n光子数态则产生更低的分辨率。相关科研结果已发表在在 Journal of Physical Chemistry Letters 10, 768 (2019).

图1. 多维量子衍射原理图，利用傅里叶变换提取的相位依赖电荷密度