[논문 리뷰] Universality of Decoherence in the Macroworld

Walter T. Strunz, Fritz Haake외 1명|arXiv (Cornell University)|2002. 04. 22.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 상호작용 지배 영역에서, 시스템 동역학보다도 훨씬 빠르게 디코herence가 발생하는 매크로스코픽 세계에서 환경에 의해 유도되는 디코herence를 조사한다. 자유 운동에 대한 단시간 전개를 사용하면서도 전체 상호작용 해밀토니안 $ H_{\text{int}} $ 를 유지함으로써, 디코herence가 시스템 및 복합체에 의존하지 않는 보편적인 현상임을 입증하며, 특히 복합체의 시간스케일보다 빠를 경우 분석 가능하게 가능한 시간스케일을 제공한다.

ABSTRACT

We consider environment induced decoherence of quantum superpositions to mixtures in the limit in which that process is much faster than any competing one generated by the Hamiltonian $H_{ m sys}$ of the isolated system. This interaction dominated decoherence limit has previously not found much attention even though it is of importance for the emergence of classical behavior in the macroworld, since it will always be the relevant regime for large enough separations between superposed wave packets. The usual golden-rule treatment then does not apply but we can employ a short-time expansion for the free motion while keeping the interaction $H_{ m int}$ in full. We thus reveal decoherence as a universal short-time phenomenon largely independent of the character of the system as well as the bath. Simple analytical expressions for the decoherence time scales are obtained in the limit in which decoherence is even faster than any timescale emerging from the reservoir Hamiltonian $H_{ m res}$.

연구 동기 및 목표

• 매크로스코픽 시스템에서 환경에 의해 유도되는 디코herence를 통해 고전적 행동의 기원을 이해하기 위해.
• 이전 연구에서 간과된, 디코herence가 시스템 해밀토니안 동역학보다 빠른 영역을 분석하기 위해.
• 시스템 및 복합체의 세부 사항에 의존하지 않는 디코herence 시간스케일에 대한 해석적 표현을 유도하기 위해.
• 디코herence가 복합체의 시간스케일을 초월할 경우 보편적이 된다는 것을 확립하기 위해.

제안 방법

• 자유 운동에 대한 단시간 전개를 사용하면서도 전체 상호작용 해밀토니안 $ H_{\text{int}} $ 를 유지하는 방식.
• 상호작용에 의해 유도되는 디코herence가 시스템 해밀토니안 진화보다 지배적인 극한에서 디코herence 과정을 분석하는 방식.
• 골든 룰 근사에 의존하지 않고 디코herence 속도를 유도하기 위해 시간에 대한 페르투르바티브 접근을 사용하는 방식.
• 밀도 행렬의 점점 가까워지는 행동을 중심으로 디코herence 시간스케일을 추출하는 방식.
• 디코herence가 모든 복합체 시간스케일을 초월하는 영역에서 디코herence 시간에 대한 해석적 표현을 도출하는 방식.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 환경에 의해 유도되는 디코herence가 다양한 시스템과 복합체 간에 보편적으로 작용하는 조건은 무엇인가?
• RQ2 상호작용 효과가 시스템 동역학을 초월할 경우 디코herence 속도는 어떻게 행동하는가?
• RQ3 골든 룰 근사에 의존하지 않고도 디코herence 시간에 대한 해석적 표현을 도출할 수 있는가?
• RQ4 복합체 해밀토니안은 효과적인 디코herence 시간스케일을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 상호작용에 의해 유도되는 과정이 시스템 동역학보다 지배적일 경우, 디코herence는 단시간 내 보편적인 현상이 된다.
• 이 영역에서는 골든 룰 근사가 실패하므로, 단시간 전개에 기반한 새로운 해석적 접근이 필요하다.
• 디코herence 시간스케일이 특정 시스템 및 복합체 특성에 크게 의존하지 않는 것으로 밝혀졌다.
• 디코herence가 어떤 복합체 시간스케일보다도 더 빠를 경우, 디코herence 속도에 대한 해석적 표현이 유도되었다.