Hvad er kvanteklemning?

I kvantemekanik refererer squeezing til reduktionen af ​​usikkerhed i en kvadraturkomponent af en bølgefunktion på bekostning af stigende usikkerhed i den anden kvadraturkomponent, i overensstemmelse med Heisenberg-usikkerhedsprincippet. Dette fænomen er særligt relevant i forbindelse med kvanteoptik og kvanteinformationsbehandling, hvor det spiller en afgørende rolle på forskellige områder, herunder kvantemetrologi, kvanteteleportation og kvantekryptografi.

For at forstå kvanteklemning skal du overveje en to-mode klemt tilstand, som er en kvantetilstand af et system bestående af to harmoniske oscillatorer. I denne tilstand reduceres usikkerheden i positionen og momentum af en af ​​oscillatorerne under standardkvantegrænsen, mens usikkerhederne i den anden oscillator øges tilsvarende. Denne squeeze-effekt kan visualiseres som det elliptiske usikkerhedsområde, der er forbundet med de to oscillatorer, der bliver smallere i den ene retning og bredere i den anden, hvorved usikkerheden i den ene kvadraturkomponent reduceres, mens den øges i den anden.

Den matematiske beskrivelse af kvanteklemning involverer brugen af ​​klemmeoperatorer, som er enhedstransformationer, der virker på systemets bølgefunktion og modificerer usikkerheden i positions- og momentumkvadraturerne. Disse operatorer kan udtrykkes i form af skabelses- og udslettelsesoperatorer af de harmoniske oscillatorer, og deres anvendelse kan føre til generering af sammenpressede tilstande.

Kvanteklemning finder anvendelse inden for forskellige områder af kvantefysik og teknologi:

Kvantemetrologi:Klemmede tilstande kan øge præcisionen af ​​kvantemålinger ved at reducere usikkerheden i en af ​​de målte kvadraturer, hvilket muliggør detektering af svagere signaler eller måling af mindre fysiske størrelser.

Kvanteteleportation:Klemmede tilstande spiller en afgørende rolle i kvanteteleportation, hvor kvantetilstanden af ​​et system overføres til et andet fjernt system med høj kvalitet. Ved at bruge pressede tilstande kan teleporteringens troværdighed forbedres.

Kvantekryptering:Klemmede tilstande kan anvendes i kvantenøglefordelingsprotokoller (QKD), hvor sikker kommunikation opnås gennem udveksling af kvanteinformation. Klemmede tilstande kan øge sikkerheden ved QKD ved at reducere støj- og aflytningeffekterne.

Kvanteklemning er et kraftfuldt værktøj, der giver mulighed for manipulation og kontrol af kvantetilstande, hvilket muliggør fremskridt inden for kvantemetrologi, kvantekommunikation og kvanteinformationsbehandling.