Warum ist es angesichts der Verschränkung zulässig, den Quantenzustand von Subsystemen zu betrachten?

Der normale Zustand des Subsystems ist verschränkt, wie aus der Schrödinger-Gleichung hervorgeht, die einen trennbaren Zustand sofort in einen verschränkten Zustand umwandelt, wenn eine Wechselwirkung vorliegt.

Der Zustand eines Teilsystems ergibt sich aus dem Zustand des Universums, indem alle anderen Freiheitsgrade herausgezogen werden. Dies hinterlässt eine Dichtematrix, was ein vollkommen guter Zustand für das Subsystem ist. Aber dieser Zustand ist normalerweise ein gemischter Zustand. Wenn das System ausreichend von der Umgebung abgeschirmt ist, folgt seine Dichtematrix einer nicht einheitlichen Entwicklung des Lindblad-Typs. http://en.wikipedia.org/wiki/Lindblad_equation

Dies ist die Gleichung, die anstelle der Schrödinger-Gleichung verwendet werden muss, wenn quantenoptische Phänomene quantitativ vorhergesagt werden müssen . Die üblichen Argumente mit reinen Zuständen sind Idealisierungen, die Unvollkommenheiten ignorieren, die in realen Experimenten immer vorhanden sind. Die Quanten-Liouville-Gleichung (die der Schrödinger-Gleichung entspricht) entsteht als Grenzwert der Lindblad-Gleichungen, in denen die dissipativen Terme wegfallen. Aber diese Grenze ist eine Idealisierung, die (in der Quantenoptik) normalerweise nicht gut genug für quantitative Vorhersagen ist.

Mit experimentellen Techniken können (höchstens) einige Freiheitsgrade des Subsystems in einen (annähernd) reinen Zustand versetzt werden, die dann als Verkörperungen von reinen Zuständen in Quantenexperimenten verwendet werden. Zum Beispiel beeinflusst ein Magnet in einem Silberatom (das viele Freiheitsgrade hat) verschiedene Spins auf unterschiedliche Weise; das ist der Grund, warum man den Spin-Freiheitsgrad rein machen kann. Und ein Photon hat einen gemischten Zustand in Bezug auf die Impulsfreiheitsgrade, aber sein Polarisationsfreiheitsgrad kann durch einen Polarisator rein gemacht werden.

Daher ist die Rede von reinen Zuständen eines physikalischen Systems, das kleiner ist als das Universum als Ganzes, und die Verwendung der Schrödinger-Gleichung für seine Dynamik eine Idealisierung derselben Art wie das Ignorieren von Reibung in der klassischen Hamiltonschen Mechanik. Sie ist in vielen Fällen angemessen und in anderen unangemessen, und der Benutzer muss entscheiden, ob eine bestimmte verwendete Beschreibung angemessen ist

Ich denke, diese Frage hat zwei Seiten:

1) Warum können wir Systeme, mit denen unsere Messgeräte verflochten sind, oft als klassische Systeme behandeln? Dies wird durch Dekohärenz erklärt, wie in John Rennies Antwort ausgeführt.

2) Warum können wir einige Systeme in einem Labor so beschreiben, dass sie einer einheitlichen Entwicklung ihrer Wellenfunktionen unterliegen, wie durch die Schrödinger-Gleichung vorgeschrieben, und zwar auf eine Weise, die von einigen unserer Messgeräte unabhängig ist? Dies liegt daran, dass große Sorgfalt darauf verwendet wird, das zu untersuchende System von vorzeitiger Dekohärenz mit den Messgeräten zu isolieren. Das bedeutet nicht, dass es keine Verschränkung in der globalen Wellenfunktion gibt, es bedeutet nur, dass der Hamiltonoperator des Experiments sehr sorgfältig entworfen wurde, um zu ermöglichen, dass sich die Unterräume der globalen Wellenfunktion mit minimaler Kopplung entwickeln. Dies ist oft sehr schwierig und einer der Gründe, warum skalierbare Quantencomputer so schwierig zu erstellen sind.

Wegen Dekohärenz .

Jedes Mal, wenn ich denke, dass ich Dekohärenz verstehe, entdecke ich, dass ich falsch liege, aber im Grunde werden die Phaseninformationen zwischen Ihrem Subsystem und seiner Umgebung durcheinander gebracht, und sie fangen an, sich unabhängig zu verhalten.

Sie geben an:

Quantenverschränkung ist die Norm, nicht wahr?

Norm in welchem ​​Rahmen? Quantenmechanik ist die Beschreibung der Natur im Mikrokosmos und selbst dort kommt es nur manchmal zu Verschränkungen im Sinne einer Wellenfunktion, die ein ganzes Teilchensystem beschreibt. Dekohärenz, siehe John Rennies Antwort, existiert sogar im Mikrokosmos

Alles, was in Wirklichkeit existiert, ist die Wellenfunktion des gesamten Universums, richtig?

Nicht wahr, wenn wir mit Wellenfunktion die Lösung der quantenmechanischen Gleichung meinen, die die Zillionen von Teilchen regeln würde, die im Universum in allen bekannten und berechneten Phasen enthalten sind. Wenn wir Dimensionen von Zentimetern erreichen, ist Dekohärenz völlig unvermeidlich. Das Gerüst quantenmechanischer Felder verwandelt sich in das Gerüst klassischer Felder und die Phasen der quantenmechanischen Lösungen gehen verloren (außer in Supraflüssigkeiten und Supraleitern, aber das ist eine andere Geschichte und ist immer noch auf Erdgrößen beschränkt).

Wir können also über den Quantenzustand von Subsystemen sprechen, da nicht alles verschränkt ist. Geschweige denn das Universum.

Interessante Frage. Es gibt Quantenfluktuationen während der Inflationsepoche und die CMBR-Anisotropien sind kollabierte Relikte dieser Fluktuationen. Abgesehen von der Dekohärenz befindet sich das Universum auf kosmischer Ebene immer noch in einem verstrickten Zustand.

Ich denke, Tegmark unter http://arxiv.org/abs/1108.3080 hat einen schönen dreigliedrigen Rahmen, um Ihre Frage zu beantworten. Sie müssen einen Beobachter einbeziehen. Was erhalten Sie in Bezug auf einen gewissen Wissensstand des Beobachters? Wenn der Beobachter von den WMAP-Daten weiß, dann gibt es relativ zu diesem Beobachter einen Zusammenbruch in einen entwirrten Zustand. Der Beobachter muss nicht einmal wissen, was in der Ferne passiert. Zu wissen, was hier passiert, reicht aus, um die Verstrickung loszuwerden.

Andernfalls wird nach unseren besten Inflationsmodellen das Verfolgen über weit entfernte kosmische Regionen unsere lokale Region in einem stark gemischten Zustand zurücklassen, bei einer Überlagerung von CMBR-Temperaturen, die im Verhältnis um bis zu 10 ^ -5 variieren, und der Strukturbildung von Materie in noch größerer Überlagerung.

Die Dekohärenz erklärt, warum die verschiedenen Begriffe die Interferenz stoppen, aber nicht, warum ein Begriff aus vielen ausgewählt wird.

Machen Sie sich keine Sorgen über die kosmische Verstrickung, die aus der Inflationszeit stammt. Sie sind inzwischen zusammengebrochen. Also keine Sorge. Die Wellenfunktion ist bereits zusammengebrochen. Die gewöhnliche Schrödinger-Zeitentwicklung neigt dazu, mehr Verstrickungen zu erzeugen, aber Zusammenbrüche neigen dazu, Verstrickungen rückgängig zu machen. Sind wir verstrickt? Nein, denn der Kollaps der Wellenfunktion zerstört die Verschränkung. Wer oder was die Wellenfunktion zum Kollabieren bringt oder ob sie umgekehrt werden kann, das ist die Millionen-Dollar-Frage.

Es ist wahr, alles ist verstrickt . In der Viele-Welten-Interpretation jedoch spaltet sich die Wellenfunktion des Universums in viele Welten auf. Typischerweise ist jede dekohärierte Welt für sich genommen weit weniger verschränkt als die Wellenfunktion als Ganzes. Während die Teilverfolgung zu einem Subsystem zu einem sehr gemischten Zustand führen kann, wenn dies über die vollständige Wellenfunktion erfolgt, führt die Teilverfolgung nur über einer der Welten höchstwahrscheinlich zu einem weniger gemischten Zustand.

Wenn Sie zwei Subsysteme haben, die verschränkt sind und einen (idealen) reinen Zustand bilden, ist es immer noch sinnvoll, ein Subsystem experimentell zu betrachten. Wenn ich zwei Atome verschränke und Ihnen eines gebe, hindert Sie nichts daran, nur Messungen an "Ihrem" Atom vorzunehmen.

Durch mehrmaliges Wiederholen desselben Experiments mit auf dieselbe Weise präparierten Atomen wären Sie in der Lage, die Dichtematrix zu charakterisieren, die Ihr Subsystem beschreibt. Sie könnten jedoch die gemeinsame Wellenfunktion der beiden Atome nicht charakterisieren.