Na mecânica quântica, compressão refere-se à redução da incerteza em um componente de quadratura de uma função de onda às custas do aumento da incerteza no outro componente de quadratura, consistente com o princípio da incerteza de Heisenberg. Este fenómeno é particularmente relevante no contexto da óptica quântica e do processamento de informação quântica, onde desempenha um papel crucial em diversas áreas, incluindo metrologia quântica, teletransporte quântico e criptografia quântica.

Para entender a compressão quântica, considere um estado comprimido de dois modos, que é um estado quântico de um sistema que consiste em dois osciladores harmônicos. Neste estado, as incertezas na posição e no momento de um dos osciladores são reduzidas abaixo do limite quântico padrão, enquanto as incertezas no outro oscilador aumentam proporcionalmente. Este efeito de compressão pode ser visualizado como a região de incerteza elíptica associada aos dois osciladores tornando-se mais estreita numa direção e mais larga na outra, reduzindo assim a incerteza numa componente de quadratura enquanto a aumenta na outra.

A descrição matemática da compressão quântica envolve a utilização de operadores de compressão, que são transformações unitárias que atuam na função de onda do sistema e modificam as incertezas nas quadraturas de posição e momento. Esses operadores podem ser expressos em termos de operadores de criação e aniquilação dos osciladores harmônicos, e sua aplicação pode levar à geração de estados comprimidos.

A compressão quântica encontra aplicações em várias áreas da física e tecnologia quântica:

Metrologia Quântica:Os estados comprimidos podem aumentar a precisão das medições quânticas, reduzindo a incerteza em uma das quadraturas medidas, permitindo a detecção de sinais mais fracos ou a medição de quantidades físicas menores.

Teletransporte Quântico:Os estados comprimidos desempenham um papel vital no teletransporte quântico, onde o estado quântico de um sistema é transferido para outro sistema distante com alta fidelidade. Ao utilizar estados comprimidos, a fidelidade do teletransporte pode ser melhorada.

Criptografia Quântica:Estados comprimidos podem ser empregados em protocolos de distribuição quântica de chaves (QKD), onde a comunicação segura é alcançada por meio da troca de informações quânticas. Os estados comprimidos podem aumentar a segurança do QKD, reduzindo o ruído e os efeitos de escuta.

A compressão quântica é uma ferramenta poderosa que permite a manipulação e o controle de estados quânticos, possibilitando avanços na metrologia quântica, na comunicação quântica e no processamento de informações quânticas.