스퀴즈드광 (Squeezed Light)

한 줄 정의: 빛의 두 직교 위상 성분 중 한쪽의 양자 잡음을 표준 양자 한계보다 줄이는 대신 다른 쪽의 잡음을 늘려서 만든 특수한 양자 상태의 빛입니다.

쉽게 풀면

아무리 안정된 레이저 빛이라도 양자역학적 한계 때문에 미세한 잡음이 항상 섞여 있습니다. 이 잡음은 빛의 두 가지 성질(위상과 진폭에 해당하는 성분)에 고르게 나뉘어 있는데, 스퀴즈드광은 이 잡음의 분배를 한쪽으로 몰아서 한쪽 성분은 잡음을 아주 작게 만들고 대신 다른 쪽 성분의 잡음을 크게 만든 빛입니다. 마치 풍선을 한쪽에서 누르면 반대쪽이 부풀어 오르는 것과 비슷한 원리입니다. 잡음을 줄인 쪽의 성분만 정밀하게 측정하면 일반 레이저보다 더 정밀한 측정이 가능해집니다.

왜 중요한가

스퀴즈드광은 중력파 검출기처럼 극도로 정밀한 측정이 필요한 실험에서 잡음 한계를 낮추는 데 실제로 활용되고 있습니다. 또한 양자정보 처리와 연속변수 양자통신에서도 핵심적인 자원으로 연구됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"Squeezed light with noise reduction below the shot-noise limit was injected into the interferometer."

산탄잡음 한계 이하로 잡음이 줄어든 스퀴즈드광을 간섭계에 주입했다는 의미입니다.

"Squeezed vacuum states were generated using parametric down-conversion in a nonlinear crystal."

비선형 결정에서 매개변수 하향변환을 이용해 스퀴즈드 진공 상태를 생성했다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

스퀴즈드광은 주로 광학매개변수과정(매개변수 증폭 또는 하향변환)을 이용한 비선형 결정에서 생성됩니다. 잡음이 얼마나 줄어드는지는 데시벨 단위로 표현하는 스퀴징 정도로 나타내며, 실험 환경의 손실이 클수록 스퀴징 효과가 줄어드는 경향이 있습니다. 진공 상태를 스퀴징한 스퀴즈드 진공과, 밝은 빛을 스퀴징한 경우로 나눌 수 있습니다.

주의할 점

스퀴즈드광은 전체 잡음을 없애는 것이 아니라 한쪽 성분의 잡음을 다른 쪽으로 옮기는 것이므로, 두 성분을 동시에 정밀하게 측정할 수는 없다는 하이젠베르크 불확정성 원리의 제약을 여전히 받습니다.