量子光学：サブサイクル量子電磁力学
Nature 541, 7637 doi: 10.1038/nature21024
電磁輻射のスクイーズド状態の量子ゆらぎは、真空場のそれより小さい。こうした状態からは、量子情報システムや、重力波検出器などのこれまでにない感度を要する高精度計測に対するユニークなリソースが得られる。このような非古典的な光に関する最初の実験以来、量子力学的解析はホモダイン法や光子相関測定に基づいて行われてきた。これらの方法は現在、可視から近赤外と、マイクロ波のスペクトル領域において活用されている。これらの方法ではよく定義された搬送波周波数が必要で、量子状態に含まれる光子は吸収されるか増幅される必要がある。量子非破壊実験は、1つの直交位相では測定の影響を避けて行うことができる可能性があるが、この手法ではもう1つの直交位相の不確定性が大きくなるという代償が生じる。今回我々は、中赤外においてスクイーズド真空雑音の時間同期パターンを生成した。そして、自由空間伝搬後、電場の量子ゆらぎを数フェムト秒のレーザーパルスによる電気光学サンプリングを使って時間領域で測定した。我々は、局所雑音振幅を裸の（すなわち摂動を受けない）真空場と直接比較した。我々の非線形法は非共鳴で作動し、ホモダイン法や光子相関法とは異なり、測定対象となる電場の吸収や増幅を必要としない。我々は、真空場の振幅よりも十分小さい雑音レベルのサブサイクル間隔を見いだした。その結果、ハイゼンベルクの不確定性原理によって、隣接する時間間隔のゆらぎが大きくなった。これは高度に相関した量子放射が生成されたことを示している。今回の結果を遠赤外での研究と合わせれば、真空場と熱的背景輻射の境界のエネルギー領域において、光と物質の基礎的量子動力学の研究が可能になる。
