[論文レビュー] Toward an energy-conserving model of spontaneous wavefunction collapse

Andrea Smirne, Angelo Bassi|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2014

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、有限温度の減衰的崩壊ノイズによって駆動される非線形確率的シュレーディンガー方程式の修正を組み込むことで、エネルギーを安定化させる連続的瞬間局在（CSL）モデルの散逸的版を導入する。その結果、系の時間発展全般にわたり有限で有界なエネルギーが得られ、崩壊モデルにおける主要な問題が解決され、量子重ね合わせ原理の一貫性ある実験的検証が可能になる。

ABSTRACT

Collapse models explain the absence of quantum superpositions at the macroscopic scale, while giving practically the same predictions as quantum mechanics for microscopic systems. The Continuous Spontaneous Localization (CSL) model is the most refined and studied among collapse models. A well-known problem of this model, and of similar ones, is the steady and unlimited increase of the energy induced by the collapse noise. Here we present the dissipative version of the CSL model, which guarantees a finite energy during the entire system's evolution, thus making a crucial step toward a realistic energy-conserving collapse model. This is achieved by introducing a non-linear stochastic modification of the Schrodinger equation, which represents the action of a dissipative finite-temperature collapse noise. The possibility to introduce dissipation within collapse models in a consistent way will have relevant impact on the experimental investigations of the CSL model, and therefore also on the testability of the quantum superposition principle.

研究の動機と目的

• 確率的崩壊ノイズによる物理的でない、無限大に発散するエネルギー増加を引き起こす標準CSLモデルの問題を解決すること。
• 崩壊モデルに散乱を一貫して組み込むフレームワークを構築するとともに、そのコアな特徴を保持すること。
• 崩壊プロセス中、系の全時間発展において有限なエネルギーを保証すること。
• 熱力学的制約に適合させることで、CSLモデルの実験的検証可能性を高めること。
• 将来の実験的調査における、自発的波動関数崩壊の基礎を提供すること。

提案手法

• 散逸的崩壊ダイナミクスをモデル化するため、非線形確率的シュレーディンガー方程式を定式化すること。
• エネルギー散逸を含む有限温度の非マークフ過程的崩壊ノイズを導入すること。
• エネルギーの入力と損失のバランスを取ることで、確率的過程がエネルギーの飽和を引き起こすように保証すること。
• 散逸的ノイズ下での系の密度行列の時間発展を記述する修正されたマスター方程式を導出すること。
• 微視的系において、標準量子力学の予測が保たれることを検証すること。
• 系のエネルギーが時間とともに有限で有界のままであることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基礎的原理を損なわず、CSLモデルに散逸を一貫して組み込むことは可能か？
• RQ2 有限温度の散逸的ノイズ源の導入により、系のエネルギー発散が防がれるか？
• RQ3 新しい散逸的CSLダイナミクス下での系のエネルギー挙動は、標準CSLモデルと比べてどのように変化するか？
• RQ4 散逸的モデルは、微視的系において標準量子力学との整合性をどの程度維持するか？
• RQ5 このモデルは、量子重ね合わせ原理の実験的検証を支えることができるか？

主な発見

• 散逸的CSLモデルは、無限大に発散するエネルギー増加を効果的に防止し、常に有限なエネルギーを保証する。
• モデルは微視的系において標準量子力学と整合性を保ち、その予測力が維持される。
• 確率的ダイナミクスは、非線形的で有限温度のノイズによって支配され、系のエネルギーを安定化させる。
• 系のエネルギーは定常状態に達し、崩壊プロセス下での熱的平衡を示している。
• 実験室環境での自発的波動関数崩壊の検証に物理的に一貫したフレームワークを提供する。
• 散逸の導入により、モデルの現実性と検証可能性が向上し、実験的検証に適した候補となる。