[논문 리뷰] Toward an energy-conserving model of spontaneous wavefunction collapse

Andrea Smirne, Angelo Bassi|arXiv (Cornell University)|2014. 08. 27.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 연속적인 자발적 국소화(CSL) 모델의 소산성 버전을 소개한다. 이 모델은 유한 온도의 소산성 붕괴 노이즈에 의해 구동되는 비선형 슈뢰딩거 방정식 수정을 통해 에너지를 안정화시킨다. 그 결과, 시스템의 전체 진화 동안 유한하고 유한한 에너지가 유지되며, 붕괴 모델의 주요 문제를 해결하고 양자 중첩 원리의 일관된 실험적 검증을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 스토케스틱 붕괴 노이즈로 인한 물리적으로 타당하지 않은 무한대 에너지 증가 문제를 해결하기 위해.
• 핵심 특징을 유지하면서 소산을 붕괴 모델에 일관되게 통합할 수 있는 프레임워크를 개발하기 위해.
• 붕괴 과정 중 시스템의 전체 진화 동안 유한한 에너지를 확보하기 위해.
• 열역학적 제약 조건과의 호환성을 통해 CSL 모델의 실험 가능성을 향상시키기 위해.
• 자발적 파동함수 붕괴에 대한 향후 실험적 조사의 기초를 제공하기 위해.

제안 방법

• 소산성 붕괴 역학을 모델링하기 위해 비선형 슈뢰딩거 방정식의 스토케스틱 수정을 수립하기 위해.
• 에너지 소산을 포함하는 유한 온도의 비마르코프성 붕괴 노이즈를 도입하기 위해.
• 에너지 입력과 손실을 균형 잡아 에너지 포화를 이끌어내는 스토케스틱 과정을 확보하기 위해.
• 소산성 노이즈 하에서 시스템의 밀도 행렬 진화를 지배하는 수정된 마스터 방정식 유도하기 위해.
• 미세한 시스템에 대해 표준 양자역학의 예측을 유지하는지 검증하기 위해.
• 시스템의 에너지가 시간이 지남에 따라 유한하고 유계로 유지되는지 입증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본 원칙을 침해하지 않으면서 CSL 모델에 소산을 일관되게 통합할 수 있는가?
• RQ2 유한 온도의 소산성 노이즈 소스를 포함함으로써 시스템의 무한대 에너지 증가가 방지되는가?
• RQ3 새로운 소산성 CSL 역학 하에서 시스템의 에너지 행동이 표준 CSL 모델과 비교해 어떻게 변화하는가?
• RQ4 소산성 모델이 미세한 시스템에 대해 표준 양자역학과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 이 모델은 양자 중첩 원리의 타당한 실험적 검증을 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 소산성 CSL 모델은 무한대 에너지 증가를 성공적으로 방지하여 언제나 유한한 에너지를 유지한다.
• 모델은 미세한 시스템에 대해 표준 양자역학과 일관성을 유지하여 그 예측력을 그대로 보존한다.
• 스토케스틱 역학은 비선형적이고 유한 온도의 노이즈에 의해 지배되며, 이는 시스템의 에너지를 안정화시킨다.
• 시스템의 에너지는 평형 상태 값을 도달하여 붕괴 과정 하에서 열적 평형을 나타낸다.
• 실험실 조건에서 자발적 파동함수 붕괴를 실험적으로 검증할 수 있는 물리적으로 일관된 프레임워크를 제공한다.
• 소산의 도입은 모델의 현실성과 실험 가능성을 향상시켜 실험적 검증에 적합한 후보로 만든다.