[論文レビュー] Extreme Decoherence: from Quantum Chaos to Black Holes

Zhenyu Xu, Luis Pedro García-Pintos+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、カオス的量子系が粒子数に指数関数的に比例する速さで極端なデコherenceを示すことを示しており、k体相互作用系における多項式的スケーリングを上回る。これらの結果は、こうした系が自発的波動関数崩壊モデルの自然な実験台である可能性を示唆し、エネルギー位相ずれによるAdS/CFTブラックホールにおけるユニタリティの喪失を示唆する。

ABSTRACT

We study the ultimate limits to the decoherence rate associated with dephasing processes. Fluctuating chaotic quantum systems are shown to exhibit extreme decoherence, with a rate that scales exponentially with the particle number, thus exceeding the polynomial dependence of systems with fluctuating $k$-body interactions. Our findings suggest the use of quantum chaotic systems as a natural test-bed for spontaneous wave function collapse models. We further discuss the implications on the decoherence of AdS/CFT black holes resulting from the unitarity loss associated with energy dephasing.

研究の動機と目的

• 量子系におけるデコherence率の上限を調査すること。
• カオス的ダイナミクスが位相ずれとデコherenceスケーリングに与える影響を理解すること。
• 量子カオス的系が自発的波動関数崩壊モデルの実験台として利用可能であるかを検討すること。
• エネルギー位相ずれがAdS/CFTブラックホールのユニタリティに与える影響を検討すること。

提案手法

• フラクチュエーティングなカオス的量子系を分析し、粒子数に伴うデコherence率のスケーリングを導出すること。
• k体相互作用系におけるデコherence率とカオス的系におけるデコherence率を比較すること。
• 量子カオスの原則を用いて多体系における位相ずれプロセスをモデル化すること。
• 有効場理論とホログラフィック双対性（AdS/CFT）を用いて、エネルギー位相ずれによるブラックホールにおけるユニタリティ喪失を評価すること。
• カオス的系における粒子数に伴うデコherence率の指数関数的スケーリングを導出すること。
• 位相ずれと自発的波動関数崩壊モデルとの関係を定式化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フラクチュエーティングなカオス的量子系において、デコherence率は粒子数に対してどのようにスケーリングするか？
• RQ2 量子カオス的系は、自発的波動関数崩壊モデルの自然な実験台として機能できるか？
• RQ3 エネルギー位相ずれは、AdS/CFTブラックホールのユニタリティにどのような影響を与えるか？
• RQ4 カオスにおける極端なデコherenceは、k体相互作用系における多項式的スケーリングとどのように異なるか？
• RQ5 指数関数的デコherenceが、量子系における古典的行動の出現にどのような意味を持つのか？

主な発見

• カオス的量子系におけるデコherence率は、粒子数に指数関数的に比例し、k体相互作用系における多項式的スケーリングを上回る。
• 指数関数的スケーリングは、量子カオスに特徴的なエルゴディック性およびランダム行列型の振る舞いに起因する。
• 極端なデコherenceを示すため、量子カオス的系は自発的波動関数崩壊モデルの自然な実験台として提案される。
• AdS/CFTブラックホールにおけるエネルギー位相ずれはユニタリティの喪失を引き起こし、量子カオスとブラックホール情報パラドックスの間の関係を示唆する。
• 結果から、極端なデコherenceはカオス的多体系量子系の普遍的特徴である可能性が示唆される。
• これらの発見は、カオス的ダイナミクスに根ざした、量子系におけるデコherenceの根本的限界を強調する。