decoherenceilmiö

Decoherenceilmiö (dekoherenssi-ilmiö) on kvanttimekaniikan prosessi, jossa kvanttijärjestelmän superpositiot menettävät koherenssinsa vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. Tämä vuorovaikutus johtaa siihen, että järjestelmän ilmaisujen interferenssit heikkenevät ja pitkällä aikavälillä tilanne näyttää klassiselta jakaumalta.

Mekanismi perustuu systeemin ja sen ympäristön muodostamaan yhteen tilaan. Kun tarkastellaan vain järjestelmää, environments tilataan pois piiloon tiheysmatriisia soveltaen. Tietyn vuorovaikutuksen aiheuttama poikkeama off-diagonaalisista elementeistä katoaa nopeasti, jolloin tiheysmatriisi näyttää diagonaaliselta tietyn määritellyn perusjoukon (pointer state) suhteen. Tämän perusjoukon määrittää ympäristön vaikutus; sitä kutsutaan ympäristön indusoiduksi supervalinnaksi (einselection).

Decoherence ei sinänsä ratkaise mittausongelmaa eikä tee kvanttipakasta todelliseksi putoamista; sen sijaan selittää, miksi makrotason objektit näyttävät aina kuvatulta klassiselta. Se tarjoaa mekanismin, jolla kvanttisysteemit käyttäytyvät realistisesti ilman havainnoijaa ja miksi interferenssit ovat käytännössä näkymättömiä suurissa järjestelmissä.

Aikaskaalat vaihtelevat suuresti. Mikroskooppisilla järjestelmillä decoherenssi voi kestää vain lyhyen ajan, kun taas makroskooppisilla kappaleilla se tapahtuu erittäin nopeasti lämpötilan, ympäristön lukumäärän ja vuorovaikutuksen voimakkuuden kasvaessa. Tämä ilmiö on keskeinen kvanttin tiedon käsittelyssä ja on haaste sekä mahdollisuus kvanttialgoritmien käytännön toteutukselle; sen hallinta tapahtuu eristyksellä, jäähdytyksellä, virhemuuntamisella ja dynaamisella kumoutumisella.

Decoherenceilmiö on keskeinen käsite ymmärtäessä, miten klassinen maailma nousee kvanttimaailmasta ja miksi interferenssit eivät näy arjessa suurissa mittakaavoissa.