In de kwantummechanica verwijst knijpen naar de vermindering van de onzekerheid in de ene kwadratuurcomponent van een golffunctie ten koste van het vergroten van de onzekerheid in de andere kwadratuurcomponent, consistent met het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Dit fenomeen is met name relevant in de context van kwantumoptica en kwantuminformatieverwerking, waar het een cruciale rol speelt op verschillende gebieden, waaronder kwantummetrologie, kwantumteleportatie en kwantumcryptografie.

Om kwantumsqueezing te begrijpen, moeten we een twee-modus-samengeperste toestand overwegen, wat een kwantumtoestand is van een systeem dat bestaat uit twee harmonische oscillatoren. In deze toestand worden de onzekerheden in de positie en het momentum van een van de oscillatoren teruggebracht tot onder de standaard kwantumlimiet, terwijl de onzekerheden in de andere oscillator dienovereenkomstig worden vergroot. Dit knijpeffect kan worden gevisualiseerd als het elliptische onzekerheidsgebied dat is geassocieerd met de twee oscillatoren, smaller wordt in de ene richting en breder in de andere, waardoor de onzekerheid in de ene kwadratuurcomponent wordt verminderd en deze in de andere wordt vergroot.

De wiskundige beschrijving van kwantumsqueezing omvat het gebruik van knijpoperatoren, dit zijn unitaire transformaties die inwerken op de golffunctie van het systeem en de onzekerheden in de positie- en momentumkwadraturen wijzigen. Deze operatoren kunnen worden uitgedrukt in termen van creatie- en vernietigingsoperatoren van de harmonische oscillatoren, en de toepassing ervan kan leiden tot het genereren van samengedrukte toestanden.

Kwantumknijpen vindt toepassingen op verschillende gebieden van de kwantumfysica en technologie:

Kwantummetrologie:Samengeperste toestanden kunnen de nauwkeurigheid van kwantummetingen vergroten door de onzekerheid in een van de gemeten kwadraturen te verminderen, waardoor de detectie van zwakkere signalen of de meting van kleinere fysieke grootheden mogelijk wordt.

Kwantumteleportatie:Samengeperste toestanden spelen een cruciale rol bij kwantumteleportatie, waarbij de kwantumtoestand van het ene systeem met hoge betrouwbaarheid wordt overgedragen naar een ander verafgelegen systeem. Door gebruik te maken van geperste toestanden kan de betrouwbaarheid van teleportatie worden verbeterd.

Kwantumcryptografie:Samengeperste toestanden kunnen worden gebruikt in Quantum Key Distribution (QKD)-protocollen, waarbij veilige communicatie wordt bereikt door de uitwisseling van kwantuminformatie. Uitgedrukte staten kunnen de veiligheid van QKD vergroten door de geluids- en afluistereffecten te verminderen.

Kwantumknijpen is een krachtig hulpmiddel dat de manipulatie en controle van kwantumtoestanden mogelijk maakt, waardoor vooruitgang in de kwantummetrologie, kwantumcommunicatie en kwantuminformatieverwerking mogelijk wordt gemaakt.