Квантовое сжатие уменьшает неопределённость одной наблюдаемой величины за счёт другой.Квантовое сжатие — это метод, перераспределяющий неопределённость, присущую квантовым измерениям: он уменьшает флуктуации одной наблюдаемой величины (например, фазы световой волны), увеличивая их в сопряжённой величине (например, в амплитуде). Это не нарушает принцип неопределённости Гейзенберга — он просто «сжимает» неопределённость в направлении, где она менее вредна для конкретного измерения. В результате получается квантовое состояние с шумом ниже стандартного квантового предела в выбранной переменной.
Концепция была впервые предложена Карлтоном Кейвсом в 1981 году, который показал, что введение сжатого света в интерферометр позволяет превзойти стандартный квантовый предел. Экспериментальные демонстрации последовали в конце 1980-х годов, а к 2010-м годам эта техника была полностью интегрирована в детекторы гравитационных волн.
Для света сжатие обычно достигается пропусканием лазерного луча через нелинейный оптический кристалл, где один фотон может расщепиться на два фотона меньшей энергии, которые квантово коррелированы. Эти коррелированные фотоны создают состояние, в котором шум в одной квадратуре (например, фазовой) подавлен ниже вакуумного уровня, ценой увеличения шума в другой квадратуре (амплитудной). Затем сжатый свет используется в качестве пробного в интерферометрах, где уменьшенный фазовый шум напрямую приводит к лучшей чувствительности при обнаружении крошечных смещений, таких как те, что вызваны проходящими гравитационными волнами.
Сжатый свет в настоящее время используется в обсерваториях гравитационных волн LIGO и Virgo для повышения их чувствительности, что позволяет им обнаруживать более далёкие и слабые космические события. Также исследуется его применение в квантово-улучшенной микроскопии и атомных часах.
В 2023 году исследователи сжали магноны — коллективные спиновые возбуждения — в макроскопическом железном шаре, достигнув квантового состояния с шумом ниже стандартного предела в твёрдом объекте, видимом невооружённым глазом.
| \Delta X | переменная | Изменение физической величины — physical quantity change |
| \theta | переменная | Угловая переменная — угол рад |
| \theta_0 | переменная | Опорный угловой сдвиг — угол рад |
| \propto | оператор | Указывает, что левая часть масштабируется с правой частью — пропорциональность |
| \cos | оператор | Вычисляет косинус угла — cosine function |
| z | переменная | Входной вектор, который необходимо спроецировать — vector |
| p | переменная | Спроецированный вектор на симплексе — vector |
| proj | оператор | Находит ближайшую точку в симплексе к входному вектору — projection operator |
| argmin | оператор | Возвращает значение, которое минимизирует выражение — argmin operator |
| ‖·‖ | оператор | Вычисляет квадратный корень из суммы квадратов — euclidean norm |
| x | переменная | входная точка — input variable |
| x' | переменная | другая входная точка — input variable |
| σ | переменная | амплитуда сигнала — амплитуда |
| ℓ | переменная | масштаб длины — length scale |
| exp | оператор | возводит e в заданную степень — экспоненциальная функция |
| k_{qJ} | переменная | Квантовое джинсовское волновое число — волновое число 1/м |
| m | переменная | Масса частицы — масса кг |
| \rho | переменная | Массовая плотность — плотность массы кг/м³ |
| G | константа | Гравитационная постоянная — гравитационная постоянная = 6.67430e-11 м³/(кг·с²) |
| \hbar | константа | Постоянная Планка, делённая на 2π — приведённая постоянная Планка = 1.054571817e-34 Дж·с |
| σ_χA | переменная | сечение рассеяния частицы χ на ядре A — сечение м² |
| σ_χB | переменная | сечение рассеяния частицы χ на ядре B — сечение м² |
| μ_χA | переменная | приведённая масса частицы χ и ядра A — reduced mass кг |
| μ_χB | переменная | приведённая масса частицы χ и ядра B — reduced mass кг |
| ρ | переменная | матрица плотности первого квантового состояния — density operator |
| σ | переменная | матрица плотности второго квантового состояния — density operator |
| tr | оператор | суммирует диагональные элементы оператора в любом базисе — оператор следа |
| log | оператор | вычисляет операторный логарифм, определяемый через спектральное разложение — matrix logarithm |
