量子退相干

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量子退相干指的是一量子系統狀態間相互干涉的性質隨著時間逐步喪失;常舉的例子是「薛丁格貓」狀態。

薛丁格貓狀態可以兩個高斯波包代表,可以看到兩者的相干涉項會隨時間指數衰退到零(e^{-\frac{t}{T_2}};所定時間常數為T2),而變成兩個獨立不相干的波包單純相加之和。以粒子雙縫實驗來說明,在脫散之前干涉項會造成觀測上見到變動劇烈的亮暗波紋,顯示出粒子亦具有波動特性(見波粒二象性);脫散之後,剩下兩個獨立的波包相加,猶如宏观下典型物體,比如子彈之連續發射,累積結果為各自通過兩狹縫之和。這也是為什麼目前主流信念採信脫散現象是日常生活世界呈現典型模式的原因之一,另外的理由則和普朗克常數的值很小有關。

起源[编辑]

環境交互作用[编辑]

退相干現象,根據當前的看法,主要是因為所关注的「系統」(比如所在意的粒子或各種形式的量子位元)與「環境」——一個大非常多的量子系統——的交互作用會導致相位资讯的喪失(主要會發生量子纏結,quantum entanglement)。當兩者交互作用時,在能量上會出現隨機擾動的熱交換,而相位資訊上就會因隨機擾動而發生退相干,常用的模型是量子布朗運動。若以密度算符表示型寫出「系統」量子態,可以發現退相干所造成的影響就是非對角線元素隨時間變而為零。

觀察者施行量子測量[编辑]

脫散現象不僅僅是因環境存在所自發而生,當觀察者進行量子測量時,也會發生不同程度的脫散——完全的資訊獲取(投影式測量,projective measurement),會導致完全的脫散;而透過量子非毀壞性測量(qunatum non-demolition, QND, measurement)以達部分的資訊獲取,脫散程度上就會是部分的。

量子脫散與量子資訊科學[编辑]

脫散現象對量子資訊科學的影響可粗按其兩大內容來說明。一是量子計算,另一是量子通信。我們知道在量子資訊科學中,量子系統的狀態含藏著資訊的意義。量子脫散會使我們所在意的系統出現資訊部份或完全喪失的結果,因此在量子計算上會造成計算結果出現誤差干擾;而在量子通信上,一個環境充滿擾動的資訊傳遞通道(channel),在通道末端的收受者則有收到雜訊及錯誤訊息的可能,需要除錯系統如編碼方法之協助。

量子脫散與人類意識[编辑]

打從量子力學發展,部份物理學家就對於量子力學與人類意識自由意志的關聯性提出理論方案。後來在量子資訊科學興起後,亦有科學家認為人腦是量子計算機,或者和量子資訊相關效應有某種牽連,其中羅傑·潘洛斯爵士是代表之一,認為大腦意識與微導管中的量子重力效應有關。然若涉及量子計算,則量子脫散成為估算理論可能性的一項指標。在2002年《物理評論E[1]中估算出量子脫散時間遠短於神經元動作時間,暗示量子資訊在腦部運作過程中應該是無足輕重的。

相關條目[编辑]

参见[编辑]

  • Mario Castagnino, Sebastian Fortin, Roberto Laura and Olimpia Lombardi, A general theoretical framework for decoherence in open and closed systems, Classical and Quantum Gravity, 25, pp. 154002–154013, (2008).