Kvantekohærens

Kvantekohærens er et fundamentalt begreb i kvantemekanikken. Det beskriver faserelationerne mellem forskellige kvantetilstande som er veldefinerede, hvilket gør det muligt at observere interferens og opretholde superpositioner i et system.

I en ren kvantetilstand kan systemet være i en superposition af tilstande, hvor den relative fase mellem tilstandene bestemmer interferensen. Tæthedsmatricen bruges til at beskrive kohærensen gennem de off-diagonal-elementer; hvis disse elementer aftager eller forsvinder, bliver tilstanden mere klassisk. Omverdenens påvirkning kan derfor nedbryde kohærensen i en proces kaldet decoherence.

Der findes forskellige dimensioner af kohærens: tidslig kohærens, der beskriver hvor stabil faseforholdene er over tid, og rumlig kohærens, der beskriver sammenhængen mellem faser på forskellige steder i rummet. I kvanteoptik tales også om førsteordens kohærens og om kohærense længde og koherenstiden, som angiver, hvor langt eller hvor længe kohærensen varer.

Decoherence er den proces, hvor koblingen til omgivelserne nedbryder kohærensen. Temperatur, støj og måleinteraktioner øger decoherence og forkorter kohærense-tiden. Dette forklarer, hvorfor kvantetilstande hurtigt mister tydelige interferenseffekter uden tilstrækkelig isolation.

Anvendelser omfatter interferometri, kvanteberegning, kvantekommunikation og præcisionsmålinger i kvante-sensorik. Eksperimenter som dobbeltspalte og Mach–Zehnder-interferometre illustrerer kohærens, mens moderne kvantesystemer søger at vedligeholde kohærense for at realisere pålidelig kvanteinformation og sensorteknologi. Kvantekohærens er derfor et nøglebegreb for forståelse af både grundfænomen og teknologiske anvendelser i kvanteverdenen.