Pour comprendre la compression quantique, considérons un état compressé à deux modes, qui est l’état quantique d’un système composé de deux oscillateurs harmoniques. Dans cet état, les incertitudes sur la position et l'impulsion de l'un des oscillateurs sont réduites en dessous de la limite quantique standard, tandis que les incertitudes sur l'autre oscillateur sont augmentées en conséquence. Cet effet de compression peut être visualisé comme la région d'incertitude elliptique associée aux deux oscillateurs devenant plus étroite dans un sens et plus large dans l'autre, réduisant ainsi l'incertitude dans une composante en quadrature tout en l'augmentant dans l'autre.
La description mathématique de la compression quantique implique l'utilisation d'opérateurs de compression, qui sont des transformations unitaires qui agissent sur la fonction d'onde du système et modifient les incertitudes sur les quadratures de position et de moment. Ces opérateurs peuvent être exprimés en termes d’opérateurs de création et d’annihilation des oscillateurs harmoniques, et leur application peut conduire à la génération d’états compressés.
La compression quantique trouve des applications dans divers domaines de la physique et de la technologie quantiques :
Métrologie quantique :les états compressés peuvent améliorer la précision des mesures quantiques en réduisant l'incertitude dans l'une des quadratures mesurées, permettant ainsi la détection de signaux plus faibles ou la mesure de quantités physiques plus petites.
Téléportation quantique :les états compressés jouent un rôle essentiel dans la téléportation quantique, où l'état quantique d'un système est transféré vers un autre système distant avec une haute fidélité. En utilisant des états compressés, la fidélité de la téléportation peut être améliorée.
Cryptographie quantique :les états compressés peuvent être utilisés dans les protocoles de distribution de clés quantiques (QKD), où une communication sécurisée est obtenue grâce à l'échange d'informations quantiques. Les états compressés peuvent améliorer la sécurité de QKD en réduisant les effets de bruit et d’écoute clandestine.
La compression quantique est un outil puissant qui permet la manipulation et le contrôle des états quantiques, permettant ainsi des progrès dans la métrologie quantique, la communication quantique et le traitement de l'information quantique.
