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スクイーズド状態とは?

すくいーずどじょうたい

スクイーズ状態とは、量子光学において光の量子ゆらぎを特定の方向だけ通常の限界以下に抑えた特殊な光の状態のことです。

スクイーズ状態(squeezed state)とは、量子力学の不確定性原理が許す範囲内で、光(電磁場)の2つの直交する物理量の一方のゆらぎを真空ゆらぎよりも小さくした状態を指します。

量子力学における不確定性原理によれば、共役な物理量(たとえば電場の位相と振幅)を同時に正確に測定することはできません。両者のゆらぎの積には下限があり、それぞれのゆらぎが等しくなった状態がコヒーレント状態(通常のレーザー光)です。スクイーズド状態ではこのバランスをあえて崩し、一方のゆらぎを極限まで小さくする代わりに、もう一方のゆらぎを大きくします。

具体的な生成方法としては、非線形光学素子を用いたパラメトリック下方変換や、光と物質の非線形相互作用などが使われます。得られるスクイーズド光は、測定された物理量の精度が古典的限界(ショット雑音限界)を超えることが特徴です。

スクイーズド状態の主な応用分野は以下のとおりです。

  • 重力波検出器(LIGO等)における感度向上
  • 量子通信・量子暗号における雑音低減
  • 量子コンピューティングの基礎研究
  • 精密計測・干渉計の性能改善

重力波天文台への導入により、観測感度が実際に向上した実績があり、量子技術の実用化において重要な役割を担っています。

使い方・例文

重力波望遠鏡にスクイーズド光を導入することで、ショット雑音が低減され、より遠方の宇宙イベントを検出できるようになった事例が代表的な活用例として挙げられます。

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