¿Cómo es compatible la decoherencia debida al entorno con la interpretación de Copenhague?

Digamos que la "decoherencia" es esa transición de un estado cuántico puro a un estado mixto debido a las interacciones con el entorno. (¿Una definición razonable?)

Los estados mixtos NO son estados decoherentes, son estados donde las fases de las funciones de onda están bien definidas, pero no en un estado propio que dará un valor propio único en la medición.

¿Cómo es eso compatible con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, específicamente con el papel del observador?

En el régimen cuántico "observación" es intercambiable con "interacción", no es necesario contar con un observador humano. Un electrón que se dispersa de un átomo "observa" el átomo.

Según la definición anterior, la observación es un ejemplo de decoherencia; el observador en la interpretación de Copemhagen es parte del entorno y hace que la función de onda colapse.

El lenguaje de "colapso" es una forma elegante de decir que una instancia fue seleccionada de una distribución de probabilidad, que es lo que nos da la función de estado compuesta de estados puros o mixtos. El cuadrado de la función de estado nos da una distribución de probabilidad y una observación da una instancia en esa distribución. Es tan ridículo como decir que al obtener un cinco en una tirada de dados, la distribución de probabilidad de las tiradas de dados se ha derrumbado.

Sin embargo, la decoherencia también puede ocurrir por el acoplamiento (a menudo no deseado) del sistema cuántico a un baño de calor.

Ahora sí, un baño de calor conduce a la decoherencia. La forma más fácil de pensar en la coherencia y la decoherencia es en el formalismo de la matriz de densidad .

Una matriz de densidad es una matriz que describe un sistema cuántico en un estado mixto, un conjunto estadístico de varios estados cuánticos. Esto debe contrastarse con un vector de estado único que describe un sistema cuántico en estado puro.

Una matriz de densidad tiene filas y columnas de todas las funciones de estado puro que comprenden un conjunto de partículas. Los elementos fuera de la diagonal transportan la información de fase entre dos funciones de onda puras.

En teoría, todo el universo podría describirse mediante una matriz de densidad. h_bar, aunque es un número muy pequeño y las dimensiones macroscópicas de un baño de calor junto con la enorme cantidad de partículas (10 ^ 23 por mol) reducen la densidad de la matriz a sus elementos diagonales. Es entonces cuando se descohesiona un sistema de partículas, cuando se pierde la información de fase.

¿Significa eso que el baño de calor es un "observador"? Si no, ¿qué causa el colapso de la función de onda aparente** cuando no hay un observador humano?

La multitud de interacciones en un baño de calor y las dimensiones macroscópicas aseguran la decoherencia, la pérdida de fases entre funciones de estado porque no se pueden medir.

Después de haber trabajado con qubits superconductores de mala calidad, soy consciente de que pueden decoherirse muy rápidamente y aparentemente sin observación humana. Por ejemplo, supongamos que inicializo un qubit en estado puro. Si lo mido después de 10 ns, el qubit todavía parece estar en estado puro. Si mido el qubit después de 1 ms, parece haberse descoherido en un estado mixto.

un estado mixto no está decoherido. todavía existe una matriz de densidad con elementos diagonales distintos de cero

(Pude determinar eso al tratar de realizar alguna operación cuántica en el qubit). Dado que no medí ni interferí con el qubit en el tiempo intermedio, no parece que pudiera haber causado la decoherencia ("colapso").

Toda la materia emite radiación de cuerpo negro según la temperatura, es decir, fotones que inciden en su qubit. Obviamente, algunos de ellos interactuaron y cambiaron la función de estado que describe la configuración. A gran escala, este es el baño de calor.

No he estudiado esto en detalle, así que toma lo que digo con pinzas. Pero de los resúmenes que he leído, como los ensayos en decoherence.de , creo que en la interpretación de Copenhague, el "colapso" aún tendría que entenderse como conceptualmente distinto de la decoherencia. Creo que una forma de ver esto sería imaginando una situación idealizada del tipo del gato de Schroedinger en la que un sistema complejo podría mantenerse completamente aislado del universo externo mediante algún tipo de "caja" perfecta (como un pozo cuadrado ideal con infinitas barreras potenciales en cada lado), hasta el momento en que nosotros desde fuera optamos por "mirar dentro de la caja" y medir lo que hay dentro. Entonces puedes dividir el sistema dentrola caja en una combinación de un pequeño subsistema A + todo lo demás, que se trata como el "entorno" del subsistema. En este caso, incluso antesmiramos dentro y colapsamos la función de onda, todavía puede haber decoherencia entre el subsistema A y su entorno dentro de la caja, pero hasta el acto de la medición, debemos modelar todo el sistema dentro de la caja como si estuviera en un solo estado puro. En este caso, los efectos de la decoherencia sobre las probabilidades se harían evidentes si imagináramos "abrir" la caja y medir solo el estado del subsistema A, que en la interpretación de Copenhague sería el primer punto en el que se produce un "colapso" real de la función de onda. . De los resúmenes que he leído, medir solo un subsistema de un sistema entrelazado más grande requiere generar una "matriz de densidad reducida" para el subsistema A a partir del estado puro más grande de todo el sistema, y ​​es con este paso que el subsistema A se modela como siendo en estado mixto.no ha habido decoherencia entre A y su entorno antes de la medición (y también puede haber grados de decoherencia en lugar de ser un asunto de todo o nada, por lo que entiendo).

En este sentido, el ensayo "Cómo la decoherencia puede resolver el problema de la medición" de H. Dieter Zeh (uno de los fundadores de la comprensión actual de la decoherencia) en el sitio al que vinculé anteriormente dice:

Como aplicación, considere la trayectoria de partículas que surge en una cámara de burbujas o de Wilson, descrita por una sucesión de eventos de colapso. Todas las pequeñas gotas (o burbujas en una cámara de burbujas) pueden interpretarse como "indicadores" (o documentos) macroscópicos. Ellos mismos pueden ser observados sin ser cambiados por medio de "medidas ideales". En la descripción unitaria, el estado de la "partícula" aparentemente observada (su función de onda) se entrelaza con todos estos estados punteros de una manera que describe una superposición de muchas pistas diferentes, cada una de las cuales consta de varias gotas en posiciones correlacionadas. ... La decoherencia lleva al mismo localmatriz de densidad (para el sistema combinado de gotas y "partículas", que por lo tanto parece representar un conjunto de pistas. Las correlaciones entre las funciones de onda de diferentes gotas como pistas de formación ya eran conocidas por Mott en los primeros días de la mecánica cuántica, pero Todavía no tuvo en cuenta el subsiguiente e inevitable proceso de decoherencia de las posiciones de las gotitas por su entorno.Mott no vio la necesidad de resolver ningún problema de medición, ya que había aceptado la interpretación de probabilidad en términos de variables clásicas. descripción cuántica unitaria, sin embargo, todavía hay una sola superposición global de todas las pistas "potenciales" que consisten en gotas, enredadas con la función de onda de la partícula y el medio ambiente: un gato de Schrödinger universal.Ya que uno haceNo se obtiene un conjunto de estados potenciales sin un colapso, no se puede seleccionar uno de sus miembros por un mero aumento de información.

Para otro posible ejemplo, en el experimento descrito aquí que implica el envío de moléculas de fullereno a través de una serie de rendijas en un entorno lleno de gas, si tuviéramos que modelar todo el sistema como si estuviera aislado hasta la medición de la posición del fullereno después de que ha pasado. a través de las rendijas, espero que, tal como se encontró experimentalmente, predigamos diferentes grados de franjas de interferencia en el patrón espacial de los fullerenos dependiendo de la presión del gas, lo que afecta el grado de decoherencia que ocurre cuando el fullereno estaba pasando por las rendijas. Con suficiente decoherencia, creo que la distribución espacial de los fullerenos sobre las medidas de posición sería la misma que la distribución que tendríamosHemos visto si simplemente hubiéramos colocado detectores en cada rendija (y quizás en puntos a lo largo del espacio entre las rendijas), y modelado cada evento de detección como un colapso. Si eso es correcto, entonces, en este sentido, la decoherencia parecería imitar los efectos de colapsos anteriores, aunque en la interpretación de Copenhague aún necesitarías asumir un colapso final después de que el fullereno haya pasado por todas las rendijas para hablar de una probabilidad final. distribución para la posición del fullereno. Pero si las estadísticas para el subsistema A en la medición final pueden ser idénticas para los dos casos "un número de mediciones individuales que inducen al colapso durante el lapso de tiempo del experimento, entonces una medición final" y "decoherencia sin colapso durante el tiempo". lapso del experimento, luego una medición final",todo colapso aparente es realmente solo una forma simplificada de modelar los efectos de la decoherencia.