Einselection - Einselection

Смотрите также: Квантовый дарвинизм

В квантовая механика, einselections, сокращение от "вызванное средой супервыбор ", это имя придумано Войцех Х. Зурек^[1]для процесса, который, как утверждается, объясняет появление коллапс волновой функции и появление из классические описания реальности от квантовые описания. В этом подходе классичность описывается как эмерджентное свойство, индуцированное открытые квантовые системы своей средой. Из-за взаимодействие с окружающей средой, подавляющее большинство государств в Гильбертово пространство квантовой открытой системы становятся крайне нестабильными из-за запутывающего взаимодействия с окружающей средой, которое, по сути, контролирует избранные наблюдаемые в системе. После декогеренция время, которое для макроскопических объектов обычно на много порядков короче, чем в любой другой динамической шкале времени,^[2] типичное квантовое состояние распадается на неопределенное состояние который можно разложить на смесь простых состояния указателя. Таким образом, среда вызывает эффективные правила суперотбора. Таким образом, einselection исключает стабильное существование чистых суперпозиций состояний указателя. Эти 'состояния указателя 'стабильны, несмотря на взаимодействие с окружающей средой. Невыбранные состояния лишены когерентности и, следовательно, не демонстрируют квантового поведения запутанность и суперпозиция.

Сторонники этого подхода утверждают, что, поскольку только квазилокальные, по сути классические состояния выживают в процессе декогеренции, einselection может во многих отношениях объяснить появление (казалось бы) классической реальности в фундаментально квантовой Вселенной (по крайней мере, для локальных наблюдателей). Однако основная программа подвергалась критике за то, что она полагалась на круговой аргумент (например, Р. Э. Кастнер ). ^[3] Таким образом, вопрос о том, действительно ли теория «einselection» может объяснить феномен коллапса волновой функции, остается открытым.

Определение

Зурек определил einselection следующим образом "Декогеренция приводит к einselection, когда состояния из среда ${\displaystyle |\epsilon _{i}\rangle }$ соответствующие различным состояниям указателя становятся ортогональными:${\displaystyle \langle \epsilon _{i}|\epsilon _{j}\rangle =\delta _{ij}}$",^[1]

Подробности

Состояния Einselected указателя отличаются своей способностью сохраняться, несмотря на мониторинг окружающей среды, и поэтому являются теми, в которых наблюдаются квантовые открытые системы. Понимание природы этих состояний и процесса их динамического отбора имеет фундаментальное значение. Этот процесс сначала был изучен в ситуации измерения: когда система представляет собой устройство, внутренней динамикой которого можно пренебречь, состояния указателя оказываются собственные состояния взаимодействия Гамильтониан между устройством и окружающей средой.^[4] В более общих ситуациях, когда важна динамика системы, выбор более сложен. Состояния указателя являются результатом взаимодействия между саморазвитием и мониторингом окружающей среды.

Для изучения einselection было введено рабочее определение состояний указателя.^[5][6]Это критерий «решета предсказуемости», основанный на интуитивной идее: Состояния указателя можно определить как те, которые в процессе своей эволюции минимально связаны с окружающей средой. Критерий решета предсказуемости - это способ количественной оценки этой идеи с помощью следующей алгоритмической процедуры: Для каждого начального чистого состояния ${\displaystyle |\psi \rangle }$, измеряется запутанность генерируется динамически между системой и окружающей средой путем вычисления энтропии:

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

или другая мера предсказуемости ^[5][6][7] от сокращенного матрица плотности системы ${\displaystyle \rho _{\Psi }\left(t\right)}$ (что изначально ${\displaystyle \rho _{\Psi }(0)=|\Psi \rangle \langle \Psi |}$). Энтропия является функцией времени и функционалом начального состояния. ${\displaystyle \left|\Psi \right\rangle }$. Состояния указателя получаются путем минимизации ${\displaystyle {\mathcal {H}}_{\Psi }\,}$ над ${\displaystyle \left|\Psi \right\rangle }$ и требуя, чтобы ответ был надежным при изменении времени ${\displaystyle t\ }$.

Природа состояний указателя была исследована с использованием критерия решета предсказуемости только на ограниченном количестве примеров.^[5][6][7] Помимо уже упомянутого случая ситуации измерения (где состояния указателя являются просто собственными состояниями гамильтониана взаимодействия), наиболее ярким примером является квантовый Броуновский частица, связанная своим положением с ванной независимых гармонические осцилляторы. В таком случае состояния указателя локализуются в фазовое пространство, хотя гамильтониан взаимодействия включает положение частицы.^[6] Состояния указателя являются результатом взаимодействия между саморазвитием и взаимодействием с окружающей средой и оказываются когерентными состояниями.

Также есть квантовый предел декогеренции: когда расстояние между уровни энергии системы большой по сравнению с частоты присутствует в окружающей среде, собственные состояния энергии выбираются практически независимо от характера связи системы и среды.^[8]

Коллизионная декогеренция

Была проделана значительная работа по правильному определению состояний указателя в случае массивной частицы, декогерированной в результате столкновений с жидкой средой, часто известной как коллизионная декогеренция. В частности, Буссе и Хорнбергер определили некоторые солитонные волновые пакеты как необычно стабильные в присутствии такой декогеренции.^[9][10]

Смотрите также

• Квантовый дарвинизм

Рекомендации

1. Зурек, В. Х. (2003). «Декогеренция, einselection и квантовые истоки классического». Обзоры современной физики. 75 (3): 715–775. arXiv:Quant-ph / 0105127. Bibcode:2003RvMP ... 75..715Z. Дои:10.1103 / RevModPhys.75.715.
2. Журек, Войцех Х. (2003). «Сокращение волнового пакета: сколько времени это займет?». arXiv:Quant-ph / 0302044.
3. Кастнер, Р. Э. (2014). "Einselection" указателей наблюдаемых: новая H-теорема? " (PDF). Исследования по истории и философии современной физики. 48: 56–58. arXiv:1406.4126. Bibcode:2014ШПМП..48 ... 56 тыс.. Дои:10.1016 / j.shpsb.2014.06.004.
4. • Зурек, В. Х. (1981). «Указатель основы квантового аппарата: в какую смесь коллапсирует волновой пакет?». Физический обзор D. 24 (6): 1516–1525. Bibcode:1981ПхРвД..24.1516З. Дои:10.1103 / Physrevd.24.1516.
   • Зурек, В. Х. (1981). «Правила суперотбора, вызванные средой». Физический обзор D. 26 (8): 1862–1880. Bibcode:1982ПхРвД..26.1862З. Дои:10.1103 / Physrevd.26.1862.
5. Зурек, В. Х. (1993). «Предпочтительные состояния, предсказуемость, классичность и декогеренция, вызванная средой». Успехи теоретической физики. 89 (2): 281–312. Bibcode:1993PThPh..89..281Z. Дои:10.1143 / ptp / 89.2.281.
6. Zurek, W. H .; Habib, S .; Паз, Дж. П. (1993). «Когерентные состояния через декогеренцию». Письма с физическими проверками. 70 (9): 1187–1190. Bibcode:1993ПхРвЛ..70.1187З. Дои:10.1103 / PhysRevLett.70.1187. PMID  10054313.
7. • Тегмарк, М .; Шапиро, Х.С. (1994). «Декогеренция порождает когерентные состояния: явное доказательство гармонических цепочек». Физический обзор E. 50 (4): 2538–2547. arXiv:gr-qc / 9402026. Bibcode:1994PhRvE..50.2538T. Дои:10.1103 / Physreve.50.2538.
   • Галлис, М. Р. (1996). «Возникновение классики через декогеренцию, описываемую операторами Линдблада». Физический обзор A. 53 (2): 655–660. arXiv:Quant-ph / 9506019. Bibcode:1996PhRvA..53..655G. Дои:10.1103 / Physreva.53.655.
   • Anglin, J. R .; Зурек, В. Х. (1996). «Декогеренция квантовых полей: состояния указателя и предсказуемость». Физический обзор D. 53 (12): 7327. arXiv:Quant-ph / 9510021. Bibcode:1996ПхРвД..53.7327А. Дои:10.1103 / Physrevd.53.7327. PMID  10020023.
   • Barnett, S.M .; Burnett, K .; Вакарро, Дж. А. (1996). «Почему можно думать, что конденсат имеет определенную фазу». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий. 101 (4): 593–600. Дои:10.6028 / jres.101.059. ЧВК  4907620. PMID  27805112.
   • Wiseman, H.M .; Ваккаро, Дж. А. (1998). «Максимально робастные распутывания основных квантовых уравнений». Письма о физике A. 250 (4–6): 241–248. arXiv:Quant-ph / 9709014. Bibcode:1998ФЛА..250..241Вт. Дои:10.1016 / S0375-9601 (98) 00774-9.
8. Paz, J. P .; Зурек, В. Х. (1999). «Квантовый предел декогеренции: суперселекция собственных состояний энергии, вызванная средой». Письма с физическими проверками. 82 (26): 5181–5185. arXiv:Quant-ph / 9811026. Bibcode:1999ПхРвЛ..82.5181П. Дои:10.1103 / Physrevlett.82.5181.
9. Busse, M .; Хорнбергер, К. (2009). «Возникновение состояний указателя в непертурбативной среде». Журнал физики А. 42 (36): 362001. arXiv:0905.4609. Bibcode:2009JPhA ... 42J2001B. Дои:10.1088/1751-8113/42/36/362001.
10. Busse, M .; Хорнбергер, К. (2009). «Базис указателя, индуцированный коллизионной декогеренцией». Журнал физики А. 43 (1): 015303. arXiv:0910.1062. Bibcode:2010JPhA ... 43a5303B. Дои:10.1088/1751-8113/43/1/015303.