[論文レビュー] Decoherence and the transition from quantum to classical -- REVISITED

Wojciech H. Zurek|ArXiv.org|Jun 10, 2003

Quantum Mechanics and Applications被引用数 98

ひとこと要約

この論文は、デコherenceに関するゼルウク・ツェレクの古典的業績を再考し、環境との相互作用が量子系のコherenceを失わせ、優先状態（ポインタ状態）を選択し、古典的挙動の出現を可能にする仕組みを説明する。主な貢献は、環境による継続的なモニタリングが、特定の観測可能量のデコherenceを経て、量子系が古典的に見えるようにする仕組みを洗練された理解で明らかにしたことである。

ABSTRACT

The environment surrounding a quantum system can, in effect, monitor some of the systems observables. As a result, the eigenstates of these observables continuously decohere and can behave like classical states.

研究の動機と目的

• 1991年のツェレクの『Physics Today』記事の更新と拡張を図り、それから20年間の発展を反映する。
• 環境が特定の量子状態を動的安定性と古典的性質を持つものとして選択するメカニズムを明確化すること。
• 環境との継続的相互作用が、量子干渉の抑制と古典的予測可能性の出現をどのようにもたらすかを説明すること。
• デコherenceが量子から古典への遷移において果たす役割について、最新の参考文献と概念的洗練を加えた現代的概説を提供すること。
• デコherenceがコherenceの喪失を説明するだけでなく、優先観測可能量の選択と古典的状態の頑健性を説明することを強化すること。

提案手法

• 環境が特定の系の観測可能量を継続的にモニタリングする役割を分析する。特にエンタングルメントを通じて。
• 環境との相互作用に対して頑健で、容易に環境とエンタングルしない「ポインタ状態」の概念を用いる。
• 縮約密度行列形式を用いて、環境との相互作用によって系の密度行列の非対角成分が時間とともに減衰することを示す。
• 環境が連続的な測定に類似したプロセスを実行し、優先的な状態基底を特定することを示す。
• 特定の状態が動的安定性と古典的性質を保ち続ける「環境誘発的選別（einselection）」の概念を導入する。
• ポインタ状態条件を用いて、どの観測可能量が最小限のエンタングルメント増加を示すかを特定し、それがなぜ古典的に見えやすいかを説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境との相互作用がどのように量子重ね合わせを抑制し、古典的挙動を生じさせるのか？
• RQ2 環境によるデコherenceの下で、どの量子状態が安定し、古典的に見えるようになるのか？
• RQ3 環境がどのように継続的な観測者として機能し、優先的な状態基底を選択するのか？
• RQ4 デコherenceプロセスが、開放系における量子的挙動から古典的挙動への遷移をどのように説明するのか？
• RQ5 1991年の原論文以降、デコherenceの理解においてどのような現代的発展と洗練がなされたのか？

主な発見

• 環境によるモニタリングは、特定の系の観測可能量の継続的デコherenceを引き起こし、それらの重ね合わせがコherenceを失う。
• ポインタ状態（系-環境相互作用ハミルトニアンの固有状態）は環境によって選択され、古典的状態のように振る舞う。
• 系の縮約密度行列は、非対角成分の急速な減衰を示し、量子コherenceの喪失を示している。
• デコherenceは干渉の抑制を説明するだけでなく、古典的に見える優先的な観測可能量の基底の選択を説明する。
• 環境誘発的選別（einselection）のプロセスにより、特定の状態のみが動的安定性を保ち、実際の測定において観測可能となる。
• 本論文は、測定の仮定を導入することなく、巨視的系がなぜ古典的に見えるのかをデコherenceが自然に説明できることを確認している。