Decoherentie

Decoherentie is het proces waarbij quantumcoherentie van een systeem verdwijnt door interactie met de omgeving. Door entanglement met omgevingstoestanden worden coherente superposities omgevormd tot een statistisch mengsel wanneer men de omgeving buiten beschouwing laat. De off-diagonale elementen van de reduced density matrix van het systeem verzwakken aanzienlijk, waardoor interferentie minder zichtbaar wordt en het systeem zich klassieker gedraagt.

Mechanisme en kernbegrippen: doordat het systeem verstrikt raakt met de omgeving verspreidt informatie over de fasen van het systeem zich asymmetrisch naar de omgeving. In de praktijk treedt decoherentie meestal extreem snel op, vaak op tijden die veel korter liggen dan energie-relaxaties. Het fenomeen wordt vaak gevat onder environment-induced superselection (einselection); er ontstaat een pointerbasis waarin de omgevingscorrelaties het meest stabiel zijn en welke toestanden als “eigen” of klassiek waarneembaar functioneren.

Betekenis en beperkingen: decoherentie verklaart waarom interferentie op macroniveau verdwijnt en waarom klassieke objecten voorkomen, maar het lost het meetprobleem niet op. De totale evolutie van systeem en omgeving blijft unitair; decoherentie geeft slechts aan welke toestanden lijken te bestaan uit probabilistische uitkomsten en welke voorkeuren er ontstaan in de waarneming.

Toepassingen en bestrijding: in kwantuminformatie is decoherentie een belangrijke bron van fouten. Om dit te beperken worden maatregelen toegepast zoals isolatie, foutencorrectie, decoherence-free subspaces en dynamische decoupling.

Historische context: het begrip werd uitgebreid uitgewerkt in de jaren tachtig en negentig, met cruciale bijdragen van Dieter Zeh en Wojciech Zurek, die het concept van environment-induced superselection introduerden.