¿Qué sucede realmente en el nivel cuántico cuando ocurre la decoherencia?

Answer 1

Difícil de ver por lo que quiere decir con “a nivel cuántico”, pero supongo que sin profundizar en las matemáticas.

Necesitamos entender lo que significa “decoherencia”. Matemáticamente, un sistema ha perdido coherencia una vez que ya no existe una relación de fase precisa entre los estados de base. Si usamos la imagen de la matriz de densidad, se forma un estado “puro” tomando el producto externo del vector de estado cuántico. La decoherencia se produce cuando la matriz de densidad evoluciona de un estado puro a un estado mixto, que no se puede escribir como un vector de estado cuántico. En términos de los elementos de la matriz de densidad, la matriz de densidad se ha convertido en “diagonal”, ya que los términos fuera de la diagonal representan las coherencias entre los estados y las poblaciones representan las poblaciones en un estado determinado.

Puedes adivinar que esto depende de la base. Debería poder encontrar cualquier base en la que la matriz de densidad sea diagonal … pero eso no es decoherencia.

Si tenemos un sistema que interactúa con un entorno, el sistema (preparado como una superposición de posibles estados) evolucionará hacia un nuevo estado. Al principio, existe una ambigüedad en la definición de este estado asintótico final; sin embargo, si insistimos en que el sistema está en equilibrio con el entorno durante mucho tiempo, el estado en el que debe evolucionar DEBE ser un estado propio de la interacción sistema / entorno … lo que sea que sea para el sistema / baño en discusión. Típicamente, escribimos la interacción sistema / baño como producto binario de un operador que actúa solo en el subespacio del sistema (por ejemplo, un giro) y un operador que actúa solo en el baño (por ejemplo, un conjunto de osciladores armónicos). Zurek define estos estados asintóticos como “estados de puntero” y uno puede pensar libremente que el entorno hace una serie continua de mediciones débiles en el “sistema” cuántico a medida que evoluciona. La “tasa” de decoherencia puede correlacionarse con la escala de tiempo para la interacción sistema / baño.

Puedo proporcionar algunas referencias a una serie de artículos que escribí hace aproximadamente 20 años, pero no tengo las citas a la mano. También discuto esto en mi libro de texto “Dinámica cuántica” en el contexto de una interacción de tipo dispersión.