光の圧縮状態

量子物理学では、光のいくつかの位相における 電場強度Ր の量子不確定性がコヒーレント状態の量子不確定性よりも小さい場合、光はスクイーズ状態^{[1]にあるとされる。}スクイーズという用語は、量子不確定性が低減されたことを指す。ハイゼンベルクの不確定性関係に従うためには、スクイーズ状態は電場不確定性が反スクイーズされる位相、つまりコヒーレント状態の不確定性よりも大きい位相も持たなければならない。2019年以来、重力波観測所LIGOとVirgoはスクイーズドレーザー光を採用しており、これにより重力波イベントの観測率が大幅に増加している。^{[2] [3] [4]}${\displaystyle \vartheta}$

振動する物理量は、振動のすべての位相で正確に定義された値を持つことはできません。これは、電磁波の電場と磁場、および他の波や振動に当てはまります (右の図を参照)。この事実は実験で観察でき、量子論によって説明されます。電磁波の場合、通常は電場のみが考慮されます。なぜなら、電場が主に物質と相互作用するものだからです。

図 1 は、単色波がとり得る 5 つの異なる量子状態を示しています。5 つの量子状態の違いは、異なる電場励起と、位相に沿った量子不確定性の異なる分布によって決まります。変位したコヒーレント状態の場合、電場の期待値 (平均) は振動を示し、不確定性は位相に依存しません (a)。また、位相- (b) および振幅スクイーズ状態(c) は平均電場の振動を示しますが、ここでは不確定性は位相に依存し、いくつかの位相ではスクイーズされます。真空状態 (d) は特殊なコヒーレント状態であり、スクイーズされません。この状態では、すべての位相で平均電場がゼロで、不確定性は位相に依存しません。平均エネルギーがゼロ、つまり光子がゼロであり、ここで検討する単色波の基底状態です。最後に、スクイーズされた真空状態も平均電場がゼロですが、位相に依存する不確定性があります(e)。 ${\displaystyle \vartheta}$

一般に、量子不確定性は、同一の量子物体（ここでは光のモード）に対する多数の同一の測定によって明らかになるが、それらの測定結果は異なる。ここでも、超安定レーザーによって放射される連続波単色光波を考えてみよう。Ґの単一の測定は、光波の多くの周期にわたって実行され、単一の数値を提供する。Ґの次の測定は、同じレーザービームに対して連続的に実行される。このような測定を多数記録することで、 における場の不確定性がわかる。全体像を把握するためには、たとえば図 1(b) に示すように、多くの異なる位相で統計を記録する必要がある。 ${\displaystyle (\vartheta _{1})}$${\displaystyle (\vartheta _{1})}$${\displaystyle \vartheta _{1}}$${\displaystyle 0<\vartheta _{i}<\pi }$

波の位相における測定された電場強度は、正規化された直交演算子 の固有値であり、次のように定義されます^[5] 。 ここで 、および は、それぞれ光子を表す振動子の消滅演算子と生成演算子です。 は波の振幅直交であり、光位相空間の位置に相当し、 は波の位相直交であり、運動量に相当します。およびは非可換観測量です。これらは電場を表しますが、無次元であり、次の不確定性関係を満たします: ^[6]${\displaystyle \vartheta}$${\displaystyle X_{\vartheta }}$ $${\displaystyle {\hat {X}}_{\vartheta }={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left[e^{-i\vartheta }{\hat {a}}+e ^{i\vartheta }{\hat {a}}^{\dagger }\right]=\c​​os(\vartheta )\,{\hat {X}}+\sin(\vartheta )\,{\ハット {Y}}}$$${\displaystyle {\hat {a}}}$${\displaystyle {\hat {a}}^{\dagger }}$${\displaystyle X_{\vartheta =0^{\circ}}\equiv X}$${\displaystyle X_{\vartheta =90^{\circ }}\equiv Y}$${\displaystyle X}$${\displaystyle Y}$

${\displaystyle \;\Delta ^{2}X\Delta ^{2}Y\geq {\frac {1}{16}}}$、

ここで、 は分散を表します。(分散は、測定値の二乗の平均から測定値の平均の二乗を引いたものです。) 光のモードが基底状態(平均光子数がゼロ)にある場合、上記の不確定性関係は飽和し、求積法の分散は です。(他の正規化も文献に記載されています。ここで選択した正規化には、基底状態の分散の合計が量子化された調和振動子のゼロ点励起を直接提供するという優れた特性があります)。 ${\displaystyle \Delta ^{2}}$${\displaystyle |0\rangle }$${\displaystyle \Delta ^{2}X_{g}=\Delta ^{2}Y_{g}=1/4}$ ${\displaystyle \Delta^{2}X_{g}+\Delta^{2}Y_{g}=1/2}$

定義：光が圧縮状態にあるとは、（そしてその場合のみ）位相が存在することを意味する。^{[6] [7]}${\displaystyle \vartheta}$${\displaystyle \;\Delta ^{2}X_{\vartheta } } } } = {\frac {1}{4}}}$

コヒーレント状態は半古典的モデルで完全に記述できるため半古典的状態に属しますが、^[8]光のスクイーズ状態はいわゆる非古典的状態に属し、これには数状態（フォック状態）やシュレーディンガーの猫状態も含まれます。

スクイーズ状態（光）は、1980年代半ばに初めて生成されました。^{[9] [10]}当時、分散が最大約2（3 dB）の係数による量子ノイズスクイーズが達成されました。今日では、10（10 dB）を超えるスクイーズ係数が直接観測されています。^{[11] [12] [13]}制限は、主に光損失の観点から、デコヒーレンスによって設定されます。^[8]${\displaystyle \Delta ^{2}X_{\vartheta }\approx \Delta ^{2}X_{g}/2}$

デシベル(dB) 単位のスクイーズ係数は、次のように計算できます。

${\displaystyle -10\cdot \log {\frac {\Delta _{\mathrm {min} }^{2}X_{\vartheta }}{\Delta ^{2}X_{G}}}}$ここで、 は位相を0 から まで変化させたときの最小の分散です。この特定の位相はスクイーズ角と呼ばれます。${\displaystyle \Delta _{\mathrm {分} }^{2}X_{\vartheta }}$${\displaystyle \vartheta}$${\displaystyle \pi}$${\displaystyle \vartheta}$

図 1 (a) から (e) のような量子状態は、しばしばウィグナー関数として表示されます。ウィグナー関数は、準確率密度分布です。2 つの直交積分、通常はと が位相空間図に広がり、3 番目の軸は の特定の組み合わせが生じる準確率を提供します。と は同時に正確に定義されないため、古典物理学のように「確率」について話すことはできませんが、これを「準確率」と呼びます。ウィグナー関数は、との時系列から再構成されます。再構成は「量子トモグラフィー再構成」とも呼ばれます。スクイーズ状態の場合、ウィグナー関数はガウス形状になり、等高線は楕円形になります (図 1(f) を参照)。 ${\displaystyle X}$${\displaystyle Y}$${\displaystyle [X;Y]}$${\displaystyle X}$${\displaystyle Y}$${\displaystyle X(t)}$${\displaystyle Y(t)}$

量子不確定性は、同一の物体 (ここでは光のモード)に対する同一の量 (観測可能)の同一測定が異なる結果 (固有値) を与えるときに明らかになります。単一の自由に伝播する単色レーザー光線の場合、個々の測定は同一の長さの連続した時間間隔で実行されます。1 つの間隔は光の周期よりもはるかに長く続く必要があります。そうでない場合、単色特性は大幅に乱されます。このような連続した測定は、変動する固有値の時系列に対応します。振幅の直交が繰り返し測定された例を考えてみましょう。時系列は、光のモードの量子統計的特徴付けに使用できます。明らかに、光波の振幅は測定の前後で異なる可能性があります。つまり、時系列は、非常に低い周波数に対応する振幅の非常に遅い変化に関する情報を提供しません。これは些細な問題ですが、基本的な問題でもあります。なぜなら、データの取得は有限の時間しか続かないからです。しかし、私たちの時系列は、光の振幅の急速な変化、つまり全測定時間の逆数よりも高い周波数での変化について意味のある情報を提供します。しかし、 1回の測定の持続時間よりも速い変化は、やはり目に見えません。したがって、ある種のキャリアの連続測定による量子統計的特徴付けは、常に特定の周波数間隔に関連付けられており、たとえば次のように記述されます。この洞察に基づいて、観測可能なものの物理的意味をより明確に記述できます。^[8]${\displaystyle X}$${\displaystyle f\pm \Delta f/2}$${\displaystyle f>\Delta f/2>0.}$${\displaystyle X_{\vartheta }}$

レーザービームによって運ばれる同一の連続モードを使用した量子統計的特徴付けは、周波数間隔 内のレーザービームの電場変調 に反映されます。実際の観測可能量は、それに応じて、たとえば のようにラベル付けする必要があります。は、それぞれの周波数間隔における振幅変調の振幅(または深さ) と位相変調の振幅(または深さ)です。これにより、「振幅直交振幅」および「位相直交振幅」という不自然な表現が生まれます。 ${\displaystyle X_{\vartheta ,f,\Delta f}}$${\displaystyle X_{f,\Delta f}}$${\displaystyle Y_{f,\Delta f}}$

いくつかの制限（たとえば電子機器の速度によって設定）内で、およびは、データ取得、特にデータ処理の過程で自由に選択できます。この選択により、測定対象、つまり、および の固有値の統計によって特徴付けられるモードも定義されます。したがって、測定対象は、光ビームによって搬送される変調モードです。 – 多くの実験では、同じ光ビームによって搬送される多くの変調モードの連続スペクトルに関心があります。 ^[14]図2は、多くの隣接する変調モードのスクイーズ係数を に対して示しています。上のトレースは、同じモードが真空状態にあることの不確実性を示し、0 dB 基準として機能します。 ${\displaystyle f}$${\displaystyle \Delta f}$${\displaystyle X_{f,\Delta f}}$${\displaystyle Y_{f,\Delta f}}$${\displaystyle f}$

スクイーズド光実験における観測量は、光通信で使用されているものと正確に対応しています。振幅変調(AM) と周波数変調(FM) は、搬送波フィールドに情報を刻印する古典的な手段です。(周波数変調は数学的には位相変調と密接に関連しています)。観測量とは また、回転変化を測定するサニャック干渉計や重力波を観測するマイケルソン干渉計などのレーザー干渉計の測定量に対応しています。したがって、光のスクイーズド状態は光通信や光測定に幅広く応用されています。最も顕著で重要な応用は、重力波観測所です。^{[15] [16] [8]おそらく、これは}量子相関のエンドユーザー主導の最初の応用です。^{[17]スクイーズドライトは、もともと}Advanced LIGOにもAdvanced Virgoにも導入される予定はなかったが、現在では観測所の設計感度に大きく貢献し、重力波イベントの観測率を高めている。^{[2] [3]}${\displaystyle X_{f,\Delta f}}$${\displaystyle Y_{f,\Delta f}}$

周波数依存スクイージングは​​、LIGO-Virgo- KAGRAコラボレーションで実装されている方法であり、300メートルの長さのフィルターキャビティを使用して周波数に応じて光を異なる方法で処理することで感度を向上させます。これにより、低周波数での振幅の不正確さが増す代わりに高周波での位相の精度が向上し、低周波数での振幅は同等に改善されますが、高周波での位相は悪化し、対象の測定によって不確実性関係が操作されます。 ^{[20] [21]}

高周波ノイズはショットノイズが支配的であるのに対し、低周波ノイズは放射圧ノイズが支配的であるため、一方のノイズ源が減少すると、もう一方のノイズ源が増加します。^[22]

スクイーズ光は、光学的高精度測定、特にレーザー干渉計における光子計数ノイズ（ショットノイズ）を低減するために使用される。原理実証実験は多数ある。^{[23] [24]}レーザー干渉計は、レーザービームを2つの経路に分割し、その後再び重ね合わせる。相対的な光路長が変化すると、干渉が変化し、干渉計の出力ポートの光パワーも変化する。この光パワーは、連続電圧信号を提供するフォトダイオードで検出される。例えば、干渉計の1つのミラーの位置が振動し、それによって振動する経路長差が生じると、出力光は同じ周波数の振幅変調を有する。このような（古典的な）信号の存在とは無関係に、光ビームは常に少なくとも真空状態の不確実性（上記参照）を運ぶ。この不確実性に関する（変調）信号は、干渉計アーム内でより高い光パワーを使用することで改善できる。なぜなら、信号は光パワーとともに増加するからである。これが、重力波検出用のマイケルソン干渉計が非常に高い光パワーを使用する理由（実際、唯一の理由）です。しかし、高い光パワーは技術的な問題を引き起こします。ミラー表面が光の一部を吸収し、温度が上昇し、熱変形して干渉計の干渉コントラストを低下させます。さらに、過剰な光パワーはミラーの不安定な機械的振動を励起する可能性があります。これらの結果は、光のスクイーズ状態を使用して信号対雑音比を改善することで軽減されます。光のスクイーズ状態は光のパワーを増加させません。また、信号を増加させず、代わりにノイズを低減します。^[8]

レーザー干渉計は通常、単色連続波光で動作します。最適な信号対雑音比は、差動干渉計アーム長を両方の出力ポートに入力光パワーの半分（ハーフフリンジ）が含まれるように動作させて両方のポートからの差信号を記録するか、または単一のフォトダイオードが配置されている出力ポートの1つに対して干渉計を暗いフリンジの近くで動作させることによって達成されます。^[7]後者の動作点は重力波（GW）検出器で使用されます。

干渉計の感度をスクイーズド状態の光で改善するために、既存の明るい光を完全に置き換える必要はありません。置き換える必要があるのは、アーム内の光場の位相直交振幅の差における真空の不確実性だけで、信号が予想される変調周波数でのみです。これは、（広帯域）スクイーズド真空場（図 1e）を未使用の干渉計入力ポート（図 3）に注入することで実現します。理想的には、明るいフィールドとの完全な干渉が実現されます。このためには、スクイーズド場は明るい光と同じモードである必要があります。つまり、同じ波長、同じ偏光、同じ波面曲率、同じビーム半径、そしてもちろん干渉計アーム内での同じ伝播方向を持っている必要があります。ダークフリンジで動作するマイケルソン干渉計のスクイーズド光増強には、偏光ビームスプリッターとファラデー回転子の組み合わせが必要です。この組み合わせは光ダイオードを構成します。スクイーズド フィールドは、損失なしで干渉計の中央ビーム スプリッタで明フィールドと重なり合い、分割されてアームに沿って移動し、逆反射されて建設的に干渉し、フォト ダイオードに向かう干渉計信号と重なります。ファラデー回転子の偏光回転により、信号とスクイーズド フィールドの光損失はゼロになります (理想的な場合)。一般に、干渉計の目的は、差動位相変調 (2 つの光ビーム) を出力光の振幅変調に変換することです。したがって、注入された真空スクイーズド フィールドは、アームの差動位相直交不確実性がスクイーズされるように注入されます。出力光では、振幅直交スクイージングが観察されます。図 4 は、干渉計出力ポートのフォト ダイオードの光電圧を示しています。定数オフセットを減算すると、(GW) 信号が得られます。

スクイーズド光源は、2010年に重力波検出器GEO600に統合されました^[16]（図4参照）。この光源は、ライプニッツ・ハノーバー大学（ドイツ）のR.シュナベルの研究グループによって構築されました。^[25]スクイーズド光により、観測実行中のGEO600の感度は、実用上の理由からスクイーズド光なしでは達成できなかった値まで増加しました。^[26] 2018年には、重力波検出器Advanced LIGOとAdvanced Virgoでもスクイーズド光のアップグレードが計画されています。

光子計数ノイズの圧縮を超えて、光の圧縮状態は量子測定ノイズ（ショットノイズ）と量子反作用ノイズを相関させて量子非破壊（QND）領域での感度を達成するためにも使用できる。^{[27] [28]}

スクイーズド光は、放射測定において、校正された放射輝度のランプを使用せずに光電式光検出器の量子効率を校正するために使用できます。 ^[12]ここで、光検出器という用語は、通常、数マイクロワットから約 0.1 W までの範囲の明るいビームの電力を測定するデバイスを指します。典型的な例は、PIN フォトダイオードです。完全な量子効率 (100%) の場合、このような検出器は入射光のすべての光子エネルギーを正確に 1 つの光電子に変換するはずです。量子効率を測定する従来の技術では、光検出器の表面に当たる光子の数を知る必要があり、つまり校正された放射輝度のランプが必要です。スクイーズド光状態に基づく校正では、代わりに、検出器の量子不確実性が小さくなるほど不確実性積が増加するという効果を使用します。言い換えると、スクイーズド光法では、スクイーズド光状態がデコヒーレンスに対して敏感であるという事実を使用します。スクイーズド光の生成、伝播、検出中にデコヒーレンスがない場合、不確実性積は最小値の1/16になります（上記参照）。光損失が支配的なデコヒーレンス効果である場合（通常はそうである）、生成および伝播中のすべての光損失の独立した測定と不確実性積の値を組み合わせると、使用されている光検出器の量子不確実性が直接明らかになります。^[12]${\displaystyle \Delta ^{2}X_{f,\Delta f}\cdot \Delta ^{2}Y_{f,\Delta f}}$

スクイーズ分散を持つスクイーズ状態が量子効率( )の光検出器で検出されると、実際に観測される分散は まで増加します 。光損失により真空状態分散の一部がスクイーズ分散に混合され、スクイーズ係数が減少します。同じ式は、不完全な量子効率がアンチスクイーズ分散に与える影響も表します。アンチスクイーズ分散は減少しますが、不確実性積は増加します。純粋なスクイーズ状態における光損失により、混合スクイーズ状態が生成されます。 ${\displaystyle \Delta ^{2}X_{f,\Delta f}}$${\displaystyle \eta }$${\displaystyle 0\leq \eta \leq 1}$$${\displaystyle \Delta ^{2}X_{f,\Delta f}^{\mathrm {obs} }=\eta \cdot \Delta ^{2}X_{f,\Delta f}+(1-\eta )/4\,.}$$

光の圧縮状態は、アインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン量子もつれ光を生成するために使用することができ、これは「片側デバイス非依存QKD」と呼ばれる高品質レベルの量子鍵配送（QKD ）のリソースです。 ^[29]

バランス型ビームスプリッターに、スクイーズ変調状態を運び、伝搬長の差が波長の 4 分の 1 である 2 つの同一の光ビームを重ね合わせると、ビームスプリッターの出力ポートに 2 つの EPR エンタングルメント光ビームが生成されます。個々のビームの直交振幅測定では、基底状態よりもはるかに大きい不確実性が明らかになりましたが、2 つのビームのデータは強い相関関係を示しています。つまり、最初のビームで取得した測定値 ( ) から、2 番目のビームで取得した対応する測定値 ( ) を推測できます。推測によって真空状態よりも小さい不確実性が示された場合、EPR 相関関係が存在します (図 5 を参照)。 ${\displaystyle X_{f,\Delta f}^{A}}$${\displaystyle X_{f,\Delta f}^{B}}$

量子鍵配布の目的は、同一の真の乱数を離れた 2 つの当事者 A と B に配布し、A と B が、環境に失われた (したがって盗聴者の手に渡る可能性がある) 数値に関する情報の量を定量化できるようにすることです。これを行うには、送信者 (A) がエンタングルされた光線の 1 つを受信者 (B) に送信します。A と B は、2 つの直交直交振幅の 1 つを繰り返し同時に (伝搬時間の違いを考慮して) 測定します。すべての測定ごとに、測定するか、完全にランダムな方法で、互いに独立して測定するかを選択する必要があります。偶然にも、1 回の測定の 50% で同じ直交を測定します。多数の測定を実行した後、A と B は、すべての測定での選択内容を (公開して) 通信します。一致しないペアは破棄されます。残りのデータから、B が A での測定結果を正確に推測できるかどうかをテストするために、統計的に有意な少量のデータを公開します。エンタングルされた光源の特性と送信者サイトでの測定の品質がわかっているので、送信者は、チャネル伝送中および B での測定中に発生したデコヒーレンスに関する情報を取得します。デコヒーレンスは、環境に失われた情報の量を定量化します。失われた情報の量が多すぎず、データ文字列が短すぎなければ、エラー訂正とプライバシー増幅の観点からのデータ後処理により、イプシロンレベルの安全性が任意に低減されたキーが生成されます。従来の QKD に加えて、EPR 相関のテストでは、光が送信されたチャネル (たとえば、ガラスファイバー) だけでなく、受信側での測定も特徴付けます。送信者は、受信側の測定を信頼する必要がなくなります。この高品質の QKD は、片側デバイス非依存と呼ばれます。このタイプの QKD は、自然なデコヒーレンスが高すぎない場合に機能します。このため、従来の通信用ガラスファイバーを使用した実装では、数キロメートルの距離に制限されることになる。^[29]${\displaystyle X}$${\displaystyle Y}$

スクイーズド光は、非線形光学によって生成されます。最も効果的な方法は、光共振器内で縮退したタイプ I 光パラメトリック ダウンコンバージョン(光パラメトリック増幅とも呼ばれる)を使用する方法です。光周波数 のキャリア フィールドに対して変調状態をスクイーズするには、光周波数の 2 倍の明るいポンプ フィールドを、光共振器を形成する 2 つ以上のミラー間に配置された非線形結晶に集束させます。周波数 の光を注入する必要はありません(ただし、(スクイーズド) 変調状態を検出するには、このような光が必要です)。結晶材料は非線形感受率を持ち、使用する両方の光周波数に対して高い透明性を備えている必要があります。一般的な材料は、ニオブ酸リチウム(LiNbO ₃ ) と (周期分極反転)リン酸チタン酸カリウム(KTP) です。ポンプされた結晶材料の非線形感受率により、周波数 の電界は、ポンプ光に対する相対位相に応じて増幅および減増幅されます。ポンプの電界が最大になると、周波数の電界が増幅されます。ポンプの電界が最小になると、周波数の電界が圧縮されます。このようにして、真空状態 (図 1e) は圧縮真空状態 (図 1d) に移行します。変位したコヒーレント状態 (図 1a) は、コヒーレント入力フィールドとポンプ フィールドの相対位相に応じて、位相圧縮状態 (図 1b) または振幅圧縮状態 (図 1c) に移行します。これらのプロセスの図解は、^{[8]で確認できます。}${\displaystyle \nu }$${\displaystyle \nu }$${\displaystyle \nu }$${\displaystyle \nu }$${\displaystyle \nu }$

の場に対する共振器の存在は不可欠です。共振器の役割を図 6 に示します。左側の共振器ミラーの典型的な反射率は約 です。したがって、左から (連続的に) 入ってくる電場の が反射されます。残りの部分は透過され、2 つのミラー間で共振します。共振により、共振器内の電場は (内部に媒体がなくても) 強化されます。共振器内の定常光パワーの が左方向に透過され、直接反射されたビームと干渉します。空の損失のない共振器の場合、光パワーの 100% が最終的に左方向に伝播し、エネルギー保存則に従います。 ${\displaystyle \nu }$${\displaystyle r_{1}^{2}=90\%}$${\displaystyle {\sqrt {0.9}}}$${\displaystyle 10\%}$

スクイージング 共振器の原理は次のとおりです。媒質は共振器内の電場をパラメトリックに減衰させ、減衰された場の直交位相に対して共振器の外側で完全な相殺干渉が達成されるようにします。共振器内の最適な場の減衰係数は、共振器ミラーの反射率に応じて、2 をわずかに下回ります。^[8]この原理は、電場の不確実性にも適用されます。共振器内では、スクイージング係数は常に 6 dB 未満ですが、共振器の外側では任意に高くすることができます。直交位相がスクイージングされると、直交位相は共振器の内側と外側の両方でアンチスクイージングされます。共振器が直交位相のしきい値にある場合、1 つの直交位相で最高のスクイージング係数が達成されることが示されています。しきい値以上では、ポンプ場は光周波数で明場に変換されます。スクイージング共振器は通常、明るいダウンコンバートされたフィールドによるフォトダイオードの損傷を回避するために、しきい値より わずかに低いレベルで動作します。${\displaystyle X_{f,\Delta f}}$${\displaystyle Y_{f,\Delta f}}$${\displaystyle \nu }$

スクイージング共振器は、その線幅のかなり内側の変調周波数で効率的に動作します。これらの周波数でのみ、最高のスクイージング係数を達成できます。周波数では光パラメトリックゲインが最も強くなり、干渉部分間の時間遅延は無視できます。デコヒーレンスがゼロの場合、共振器の外側では無限のスクイージング係数を達成できますが、共振器内のスクイージング係数は6 dB 未満です。スクイージング共振器の典型的な線幅は数十 MHz から GHz までです。^[30]

スクイーズド光と原子集団との相互作用への関心から、狭帯域原子共鳴スクイーズド光も結晶^[31]や原子媒体^{[32]を通じて生成されるようになった。}

スクイーズされた光の状態は、（後で）任意の位相で電界強度を測定できる光電検出器によって完全に特徴付けることができます。（変調周波数の特定の帯域への制限は、電子フィルタリングによる検出後に行われます。）必要な検出器は、バランス型ホモダイン検出器（BHD）です。この検出器には、2 つの光線用の 2 つの入力ポートがあります。1 つは（スクイーズされた）信号場用で、もう 1 つは信号場と同じ波長を持つ BHD の局部発振器（LO）用です。LO は BHD の一部です。その目的は、信号場とビートし、それを光学的に増幅することです。BHD のその他のコンポーネントは、バランス型ビーム スプリッターと 2 つのフォト ダイオード（高量子効率）です。信号ビームと LO は、ビーム スプリッターで重ね合わせる必要があります。ビーム スプリッターの出力ポートでの 2 つの干渉結果が検出され、差信号が記録されます（図 7）。LO は、信号場よりもはるかに強力である必要があります。この場合、間隔内のフォトダイオードからの差動信号は、直交振幅に比例します。ビームスプリッタの前の差動伝搬長を変更すると、直交角が任意の値に設定されます。（光波長の 4 分の 1 の変化は、位相を 変化させます  。） ${\displaystyle \vartheta }$${\displaystyle f\pm \Delta f/2}$${\displaystyle X_{\vartheta ,f,\Delta f}}$${\displaystyle \pi /2}$

この時点で、次のことを述べておく必要があります。電磁波に関する情報は、量子化された方法、つまり光量子 (光子) を吸収することによってのみ収集できます。これは BHD にも当てはまります。ただし、BHD では、光から電流への離散的なエネルギー転送を解明できません。これは、わずかな時間間隔で膨大な数の光子が検出されるためです。これは、強力な LO によって保証されます。したがって、観測可能なものは、電界強度に予想されるように、準連続的な固有値スペクトルを持ちます。(原理的には、光子を数えることによって、スクイーズ状態、特にスクイーズ真空状態を特徴付けることもできますが、一般に、光子数の統計の測定はスクイーズ状態を完全に特徴付けるには不十分であり、状態数に基づいて完全な密度行列を決定する必要があります。)

• スピンスクイーズ状態