量子ノイズ

電子システムのノイズ性能はしばしば熱雑音によって制限されるが、量子力学的効果はしばしば光学システムの限界を設定する。これは基本的に、光の周波数が高いため、光学領域の光子エネルギーは、室温の熱エネルギーk_BTよりもはるかに高いからである。

量子力学によれば、光電場は量子演算子によって記述され、光学的測定の結果は単にこれらの演算子の期待値を反映するだけでなく、量子揺らぎの影響を受ける。

この量子ノイズの典型的な効果は、以下の通りである:

• いくつかの強度ノイズ（ショットノイズ）、位相ノイズ、そしてミラーの振動のような技術的なノイズの影響を受けない（仮想的な）単一周波数レーザーの出力に有限の線幅
• 光学増幅器の避けられない余分なノイズ（→増幅器ノイズ）
• 励起された原子またはイオンからの自然放出
• 自発ラマン散乱
• パラメトリック蛍光
• ビームスプリッタで発生する分配ノイズ

異常な量子ノイズ特性を有する光は、非古典的光と呼ばれ、例えばスクイーズド光の形態で生じる。

量子ノイズは、多くの場合、光エレクトロニクスデバイスの性能を制限する要素である。しかし、量子暗号のように有効に使われる場合もある。

量子ノイズの記述やレーザーなどのデバイスの量子ノイズ特性の計算については、いくつかの著者が完全に量子論的処理（量子演算子を使用）をしているが、半古典理論を使用する方が便利である [2]。後者では、電磁場の量子変動は本質的に古典的な変動と同じ方法で記述されるので、結果はしばしば直観的に解釈するのがかなり容易である。ただし、一定の制限を守らなければならない。例えば、真空場は特定の大きさの白色ノイズ変動と関連している。減衰器を介して電場を送ることで、あらゆる種類の変動を減らすことができるが、各減衰器はその減衰度に応じて「新鮮」な量子ノイズを加える。実際には、強い減衰によって標準的な量子ノイズに戻る。