Wie ist Dekohärenz aufgrund der Umgebung mit der Kopenhagener Deutung vereinbar?

Nehmen wir an, dass „Dekohärenz“ der Übergang von einem reinen Quantenzustand in einen gemischten Zustand aufgrund von Wechselwirkungen mit der Umgebung ist. (Eine vernünftige Definition?)

Gemischte Zustände sind KEINE dekohärenten Zustände, sondern Zustände , in denen die Phasen der Wellenfunktionen gut definiert sind, nur nicht in einem Eigenzustand, der bei der Messung einen eindeutigen Eigenwert ergibt.

Wie verträgt sich das mit der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik – konkret mit der Rolle des Beobachters?

Im Quantenregime ist „Beobachtung“ austauschbar mit „Interaktion“, es ist kein menschlicher Beobachter erforderlich. Ein an einem Atom streuendes Elektron "beobachtet" das Atom.

Nach der obigen Definition ist Beobachtung ein Beispiel für Dekohärenz; der Beobachter in der Copemhagen-Interpertation ist Teil der Umgebung und bringt die Wellenfunktion zum Kollabieren.

Die Sprache „Zusammenbruch“ ist eine ausgefallene Art zu sagen, dass eine Instanz aus einer Wahrscheinlichkeitsverteilung ausgewählt wurde, die uns die Zustandsfunktion gibt, wenn sie aus reinen Zuständen besteht oder gemischt ist. Das Quadrat der Zustandsfunktion gibt uns eine Wahrscheinlichkeitsverteilung und eine Beobachtung gibt eine Instanz in dieser Verteilung. Es ist so lächerlich, als würde man sagen, dass bei einer gewürfelten Fünf die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Würfelwürfe zusammengebrochen ist.

Dekohärenz kann aber auch durch (oft ungewollte) Kopplung des Quantensystems an ein Wärmebad erfolgen.

Nun ja, ein Wärmebad führt zur Dekohärenz. Der einfachste Weg, sich Kohärenz und Dekohärenz vorzustellen, ist der Dichtematrix-Formalismus .

Eine Dichtematrix ist eine Matrix, die ein Quantensystem in einem gemischten Zustand beschreibt, ein statistisches Ensemble aus mehreren Quantenzuständen. Dies sollte einem einzelnen Zustandsvektor gegenübergestellt werden, der ein Quantensystem in einem reinen Zustand beschreibt.

Eine Dichtematrix hat Zeilen und Spalten aller reinen Zustandsfunktionen, die ein Ensemble von Partikeln umfassen. Außerdiagonale Elemente tragen die Phaseninformation zwischen zwei reinen Wellenfunktionen.

Theoretisch könnte das gesamte Universum durch eine Dichtematrix beschrieben werden. h_bar ist zwar eine sehr kleine Zahl und die makroskopischen Abmessungen eines Wärmebades zusammen mit der enormen Anzahl von Teilchen (10^23 pro Mol) reduzieren die Dichtematrix auf ihre diagonalen Elemente. Das ist, wenn ein System von Partikeln dekohäriert wird, wenn die Phaseninformation verloren geht.

Bedeutet das, dass das Wärmebad ein „Beobachter“ ist? Wenn nicht, was verursacht den scheinbaren** Zusammenbruch der Wellenfunktion, wenn es keinen menschlichen Beobachter gibt?

Die Vielzahl der Wechselwirkungen in einem Wärmebad und die makroskopischen Dimensionen sorgen für Dekohärenz, den Verlust von Phasen zwischen Zustandsfunktionen, weil sie nicht messbar sind.

Nachdem ich mit miesen supraleitenden Qubits gearbeitet habe, bin ich mir bewusst, dass sie sehr schnell und anscheinend ohne menschliche Beobachtung dekohärieren können. Angenommen, ich initialisiere ein Qubit in einem reinen Zustand. Wenn ich es nach 10 ns messe, scheint das Qubit immer noch in einem reinen Zustand zu sein. Wenn ich das Qubit nach 1 ms messe, scheint es sich in einen gemischten Zustand entkoppelt zu haben.

ein gemischter Zustand wird nicht entkoppelt. dennoch existiert eine Dichtematrix mit von Null abweichenden diagonalen Elementen

(Ich konnte das feststellen, indem ich versuchte, eine Quantenoperation am Qubit durchzuführen.) Da ich das Qubit in der Zwischenzeit nicht gemessen oder gestört habe, scheint es nicht, dass ich die Dekohärenz ("Kollaps") verursacht haben könnte.

Alle Materie sendet entsprechend der Temperatur Schwarzkörperstrahlung aus, also Photonen, die auf Ihr Qubit treffen. Offensichtlich haben einige von ihnen interagiert und die Zustandsfunktion geändert, die das Setup beschreibt. Im Großen und Ganzen ist dies das Wärmebad.

Ich habe das nicht im Detail studiert, also nimm das, was ich sage, mit einem Körnchen Salz. Aber aus Zusammenfassungen, die ich gelesen habe, wie den Essays auf decoherence.de , denke ich, dass in der Kopenhagener Interpretation "Kollaps" immer noch als konzeptionell getrennt von Dekohärenz zu verstehen wäre. Ich denke, eine Möglichkeit, dies zu sehen, wäre, sich eine idealisierte Situation vom Typ Schrödinger-Katze vorzustellen, in der ein komplexes System durch eine Art perfekte „Box“ (wie ein idealer quadratischer Brunnen mit unendlichen potenziellen Barrieren) vollständig vom äußeren Universum isoliert werden könnte auf jeder Seite), bis zu dem Moment, an dem wir uns entscheiden, "in die Kiste zu schauen" und zu messen, was drin ist. Dann können Sie das System innerhalb teilendie Box in eine Kombination aus einem kleinen Subsystem A + allem anderen, das als "Umgebung" für das Subsystem behandelt wird. In diesem Fall sogar vorherWir schauen hinein und kollabieren die Wellenfunktion, es kann immer noch Dekohärenz zwischen dem Subsystem A und seiner Umgebung innerhalb der Box geben, aber bis zum Akt der Messung muss das gesamte System innerhalb der Box von uns als in einem einzigen reinen Zustand modelliert werden. In diesem Fall würden die Auswirkungen der Dekohärenz auf die Wahrscheinlichkeiten deutlich, wenn wir uns vorstellten, die Box zu „öffnen“ und nur den Zustand des Subsystems A zu messen, was in der Kopenhagener Interpretation der erste Punkt wäre, an dem ein wirklicher „Zusammenbruch“ der Wellenfunktion auftritt . Aus Zusammenfassungen, die ich gelesen habe, muss zum Messen nur eines Subsystems eines größeren verschränkten Systems eine "Matrix mit reduzierter Dichte" für Subsystem A aus dem größeren reinen Zustand des gesamten Systems generiert werden, und mit diesem Schritt wird Subsystem A modelliert als seiend in gemischtem Zustand.keine Dekohärenz zwischen A und seiner Umgebung vor der Messung (und es kann auch Grade der Dekohärenz geben, anstatt dass es sich um eine Alles-oder-Nichts-Angelegenheit handelt, soweit ich weiß).

In diesem Sinne heißt es in dem Aufsatz „Wie Dekohärenz das Messproblem lösen kann“ von H. Dieter Zeh (einer der Begründer des heutigen Verständnisses von Dekohärenz) auf der von mir oben verlinkten Seite:

Betrachten Sie als Anwendung die Partikelspur, die in einer Wilson- oder Blasenkammer entsteht und durch eine Folge von Kollapsereignissen beschrieben wird. All die kleinen Tröpfchen (oder Blasen in einer Blasenkammer) können als makroskopische "Zeiger" (oder Dokumente) interpretiert werden. Sie können selbst durch "Idealmessungen" unverändert beobachtet werden. In der einheitlichen Beschreibung verschränkt sich der Zustand des scheinbar beobachteten "Teilchens" (seine Wellenfunktion) mit all diesen Zeigerzuständen auf eine Weise, die eine Überlagerung vieler verschiedener Spuren beschreibt, von denen jede aus einer Anzahl von Tröpfchen an korrelierten Positionen besteht. ... Dekohärenz führt zu demselben LokalDichtematrix (für das kombinierte System aus Tröpfchen und „Teilchen“, das also ein Ensemble von Bahnen darzustellen scheint. Die Zusammenhänge zwischen den Wellenfunktionen verschiedener Tröpfchen als Bahnbildung waren Mott schon in den Anfängen der Quantenmechanik bekannt, aber den anschließenden und unvermeidlichen Prozess der Dekohärenz der Tröpfchenpositionen durch ihre Umgebung berücksichtigte er noch nicht, Mott sah keine Notwendigkeit, ein Messproblem zu lösen, da er die Wahrscheinlichkeitsinterpretation in Form klassischer Variablen akzeptiert hatte Einheitliche Quantenbeschreibung gibt es jedoch nur eine globale Überlagerung aller "potentiellen" Spuren aus Tröpfchen, verschränkt mit der Teilchenwellenfunktion und der Umgebung: eine universelle Schrödinger-Katze.Da tut manWenn man ohne Zusammenbruch kein Ensemble potentieller Zustände erhält, kann man nicht einen seiner Mitglieder durch bloße Zunahme von Informationen auswählen.

Ein weiteres mögliches Beispiel wäre das hier beschriebene Experiment, bei dem Fullerenmoleküle durch eine Reihe von Schlitzen in einer gasgefüllten Umgebung geschickt werden, wenn wir das gesamte System als isoliert modellieren würden, bis eine Positionsmessung des Fullerens nach seinem Durchgang erfolgt Durch die Schlitze erwarte ich, dass wir – genau wie experimentell festgestellt wurde – je nach Druck des Gases unterschiedliche Grade von Interferenzstreifen im räumlichen Muster der Fullerene vorhersagen würden, was den Grad der Dekohärenz beeinflusst, die beim Fulleren auftritt ging durch die Schlitze. Bei ausreichender Dekohärenz denke ich, dass die räumliche Verteilung der Fullerene bei den Positionsmessungen die gleiche sein würde wie die Verteilung, die wir hättenhaben gesehen, ob wir einfach Detektoren an jedem Schlitz (und vielleicht an Punkten im gesamten Raum zwischen den Schlitzen) platziert und jedes Detektionsereignis als Kollaps modelliert hätten. Wenn das stimmt, dann scheint die Dekohärenz in diesem Sinne die Auswirkungen früherer Zusammenbrüche nachzuahmen, obwohl Sie in der Kopenhagener Interpretation immer noch einen endgültigen Zusammenbruch annehmen müssten, nachdem das Fulleren alle Schlitze passiert hat, um von einer endgültigen Wahrscheinlichkeit zu sprechen Verteilung für die Position des Fullerens. Wenn aber die Statistik für Teilsystem A in der Endmessung für die beiden Fälle "mehrere kollabierende Einzelmessungen während der Zeitspanne des Experiments, dann eine Endmessung" und "Dekohärenz ohne Kollaps während der Zeit- Spanne des Experiments, dann eine Endmessung",Der scheinbare Zusammenbruch ist in Wirklichkeit nur eine vereinfachte Art, die Auswirkungen der Dekohärenz zu modellieren.