Nella meccanica quantistica, lo squeezing si riferisce alla riduzione dell'incertezza in una componente di quadratura di una funzione d'onda a scapito dell'aumento dell'incertezza nell'altra componente di quadratura, in linea con il principio di incertezza di Heisenberg. Questo fenomeno è particolarmente rilevante nel contesto dell’ottica quantistica e dell’elaborazione dell’informazione quantistica, dove svolge un ruolo cruciale in varie aree, tra cui la metrologia quantistica, il teletrasporto quantistico e la crittografia quantistica.

Per comprendere la compressione quantistica, si consideri uno stato compresso bimodale, che è uno stato quantistico di un sistema costituito da due oscillatori armonici. In questo stato, le incertezze nella posizione e nella quantità di moto di uno degli oscillatori vengono ridotte al di sotto del limite quantico standard, mentre le incertezze nell’altro oscillatore aumentano di conseguenza. Questo effetto di compressione può essere visualizzato come la regione ellittica di incertezza associata ai due oscillatori che si restringe in una direzione e si allarga nell'altra, riducendo così l'incertezza in una componente di quadratura e aumentandola nell'altra.

La descrizione matematica dello squeezing quantistico prevede l'uso degli operatori di squeezing, che sono trasformazioni unitarie che agiscono sulla funzione d'onda del sistema e modificano le incertezze nelle quadrature di posizione e quantità di moto. Questi operatori possono essere espressi in termini di operatori di creazione e annichilazione degli oscillatori armonici e la loro applicazione può portare alla generazione di stati compressi.

La spremitura quantistica trova applicazioni in varie aree della fisica e della tecnologia quantistica:

Metrologia quantistica:gli stati compressi possono migliorare la precisione delle misurazioni quantistiche riducendo l'incertezza in una delle quadrature misurate, consentendo il rilevamento di segnali più deboli o la misurazione di quantità fisiche più piccole.

Teletrasporto quantistico:gli stati compressi svolgono un ruolo vitale nel teletrasporto quantistico, in cui lo stato quantistico di un sistema viene trasferito a un altro sistema distante con alta fedeltà. Utilizzando gli stati compressi, la fedeltà del teletrasporto può essere migliorata.

Crittografia quantistica:gli stati compressi possono essere impiegati nei protocolli di distribuzione delle chiavi quantistiche (QKD), in cui la comunicazione sicura viene ottenuta attraverso lo scambio di informazioni quantistiche. Gli stati compressi possono migliorare la sicurezza di QKD riducendo il rumore e gli effetti di intercettazione.

La compressione quantistica è un potente strumento che consente la manipolazione e il controllo degli stati quantistici, consentendo progressi nella metrologia quantistica, nella comunicazione quantistica e nell’elaborazione delle informazioni quantistiche.