Квантовое зондирование с использованием сжатых световых состояний для повышения точности измерений за пределы стандартных ограничений.Квантовое зондирование сжатым светом использует особое свойство света, называемое сжатием, при котором квантовый шум в одной наблюдаемой величине (например, фазе) снижается ниже стандартного квантового предела за счет увеличения шума в сопряженной наблюдаемой (например, амплитуде). Это позволяет измерениям превзойти дробовой предел, который является обычным пределом точности, обусловленным корпускулярной природой света. Сжатый свет сейчас является стандартным инструментом в детекторах гравитационных волн и разрабатывается для микроскопии и других точных измерений.
Концепция сжатого света была впервые предложена в 1970-х годах, а первые экспериментальные демонстрации были достигнуты в середине 1980-х. Первое практическое применение было в детекторе гравитационных волн LIGO, который начал использовать сжатый свет в 2019 году.
В сжатом состоянии неопределенность одной квадратуры электромагнитного поля уменьшается, а неопределенность ортогональной квадратуры соответственно увеличивается, сохраняя принцип неопределенности Гейзенберга. Выравнивая сжатую квадратуру с интересующим сигналом, можно уменьшить шум измерений. Это достигается пропусканием света через нелинейный оптический кристалл, где мощная накачка генерирует пары коррелированных фотонов, что приводит к уменьшению шума в одной фазе.
Сжатый свет используется в обсерваториях гравитационных волн, таких как LIGO и Virgo, для повышения чувствительности, а также в квантовой микроскопии для визуализации деликатных биологических образцов с меньшим фотоповреждением.
Первое обнаружение гравитационных волн в 2015 году было сделано без сжатого света, но последующие модернизации с его использованием удвоили чувствительность детектора.
| squeezing | переменная | параметр сжатия (величина) — squeezing parameter |
| n̄ | переменная | среднее число фотонов — mean photon number |
| ln | оператор | функция натурального логарифма — натуральный логарифм |
| \Delta \theta | переменная | Неопределённость оцениваемого параметра — parameter uncertainty |
| N | переменная | Число независимых проб или частиц — число частиц |
| \ge | оператор | Обозначает нижнюю границу — greater than or equal |
| ⟨N⟩ | переменная | среднее число частиц — число частиц |
| r | переменная | параметр сжатия — squeeze parameter |
| \hat{t} | переменная | Плотность дефектов (среднее число топологических дефектов на единицу объёма) — defect density 1/м³ |
| \tau_Q | переменная | Время квенча (характерное время, за которое система переводится через критическую точку) — время с |
| \nu | константа | Критический показатель корреляционной длины равновесного фазового перехода — critical exponent nu = varies |
| z | константа | Динамический критический показатель, связывающий время релаксации с корреляционной длиной — dynamic critical exponent z = varies |
| n | переменная | плотность (или управляющий параметр) — number density 1/м³ |
| R | переменная | измеряемый индикатор (отклик) |
| arg max | оператор | аргумент максимума: значение n, максимизирующее выражение — argmax operator |
| d log R / d log n | оператор | логарифмическая производная R по n, измеряющая относительную чувствительность — логарифмическая производная |
