выбор

Смотрите также: Квантовый дарвинизм

В квантовой механике einselections , сокращение от « суперотбор , вызванный окружающей средой », — это название, придуманное Войцехом Х. Зуреком. для процесса, который, как утверждается, объясняет появление коллапса волновой функции и возникновение классических описаний реальности из квантовых описаний. В этом подходе классичность описывается как возникающее свойство, индуцированное в открытых квантовых системах их окружением. Из-за взаимодействия с окружающей средой подавляющее большинство состояний в гильбертовом пространстве квантовой открытой системы становятся крайне нестабильными из-за запутанного взаимодействия с окружающей средой, которое, по сути, контролирует выбранные наблюдаемые системы. После времени декогеренции , которое для макроскопических объектов обычно на много порядков короче, чем в любой другой динамической шкале времени, общее квантовое состояние распадается в неопределенное состояние , которое можно выразить как смесь простых состояний указателя . Таким образом, окружающая среда индуцирует эффективные правила суперотбора. Таким образом, einselection исключает стабильное существование чистых суперпозиций состояний указателя. Эти « состояния указателя » стабильны, несмотря на взаимодействие с окружающей средой. Выбранным состояниям не хватает когерентности и, следовательно, они не демонстрируют квантового поведения запутанности и суперпозиции .

Сторонники этого подхода утверждают, что, поскольку только квазилокальные, по существу классические состояния, переживают процесс декогеренции, энселекция может во многом объяснить возникновение (казалось бы) классической реальности в фундаментально квантовой вселенной (по крайней мере, для локальных наблюдателей). Однако базовая программа подверглась критике как опирающаяся на круговой аргумент (например, со стороны Рут Кастнер). Таким образом, вопрос о том, может ли теория «einselection» действительно объяснить явление коллапса волновой функции, остается нерешенным.

Определение

Зурек определил энселекцию следующим образом: « Декогеренция приводит к энселекции, когда состояния окружающей среды $|\epsilon _{i}\rangle$ соответствующие различным состояниям указателя, становятся ортогональными: $\langle \epsilon _{i}|\epsilon _{j}\rangle =\delta _{ij}$",

Подробности

Выбранные состояния указателя отличаются своей способностью сохраняться, несмотря на мониторинг окружающей среды, и, следовательно, являются теми, в которых наблюдаются квантовые открытые системы. Понимание природы этих состояний и процесса их динамического отбора имеет фундаментальное значение. Этот процесс был впервые изучен в ситуации измерения: когда система представляет собой устройство, внутренней динамикой которого можно пренебречь, состояния указателя оказываются собственными состояниями взаимодействия гамильтониана между устройством и его окружением. В более общих ситуациях, когда важна динамика системы, собственный отбор является более сложным. Состояния указателя возникают в результате взаимодействия саморазвития и мониторинга окружающей среды.

Для изучения einselection было введено операционное определение состояний указателя. Это критерий «сита предсказуемости», основанный на интуитивной идее: состояния указателя можно определить как те, которые минимально запутываются в окружающей среде в ходе своей эволюции. Критерий решета предсказуемости — это способ количественной оценки этой идеи с помощью следующей алгоритмической процедуры: для каждого начального чистого состояния $|\psi \rangle$, можно измерить запутанность , динамически возникающую между системой и окружающей средой, путем вычисления энтропии:

${\mathcal {H}}_{\Psi }(t)=-\operatorname {Tr} \left(\rho _{\Psi }(t)\log \rho _{\Psi }(t)\right)$

или какая-то другая мера предсказуемости из приведенной матрицы плотности системы $\rho _{\Psi }\left(t\right)$ (что изначально $\rho _{\Psi }(0)=|\Psi \rangle \langle \Psi |$). Энтропия является функцией времени и функционалом начального состояния. $\left|\Psi \right\rangle$. Состояния указателя получаются путем минимизации ${\mathcal {H}}_{\Psi }\,$ над $\left|\Psi \right\rangle$ и требуя, чтобы ответ был надежным при изменении времени $t\$.

Природа состояний указателя исследовалась с использованием критерия решета предсказуемости только для ограниченного числа примеров. Помимо уже упомянутого случая ситуации измерения (где состояния указателя являются просто собственными состояниями гамильтониана взаимодействия), наиболее ярким примером является случай квантовой броуновской частицы, связанной по своему положению с ванной независимых гармонических осцилляторов . В таком случае состояния указателя локализованы в фазовом пространстве , хотя гамильтониан взаимодействия включает положение частицы. Состояния указателя являются результатом взаимодействия саморазвития и взаимодействия с окружающей средой и оказываются связными состояниями.

Существует также квантовый предел декогеренции: когда расстояние между энергетическими уровнями системы велико по сравнению с частотами, присутствующими в окружающей среде, собственные состояния энергии выбираются почти независимо от природы связи системы и окружающей среды.

Столкновительная декогеренция

Была проведена значительная работа по правильной идентификации состояний указателя в случае декогеренции массивной частицы в результате столкновений с жидкой средой, часто известной как столкновительная декогеренция . В частности, Буссе и Хорнбергер определили, что некоторые солитонные волновые пакеты необычайно стабильны в присутствии такой декогеренции.

См. также

Проблема Мотта