[論文レビュー] Universality of Decoherence in the Macroworld

Walter T. Strunz, Fritz Haake+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2002

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、系のダイナミクスよりもはるかに速くデコherenceが発生する相互作用支配領域において、巨視的世界における環境誘発デコherenceを調査する。自由運動に対する短時間展開を用いながらも、完全な相互作用ハミルトニアン $ H_{\text{int}} $ を保持することで、デコherenceがシステムやバーストに依存しない普遍的現象であり、特にバーストの時間スケールを上回るほど速い場合に解析的に取り扱える時間スケールを持つことが示された。

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 $H_{ m res}$.

研究の動機と目的

• 巨視的系における古典的行動の出現を環境誘発デコherenceを通じて理解すること。
• デコherenceが系ハミルトニアンのダイナミクスよりも速くなる領域を分析すること。これは先行研究で見過ごされていた。
• システムやバーストの詳細に依存しないデコherence時間スケールの解析的表現を導出すること。
• デコherenceがバーストの時間スケールを上回る極限において、普遍的であることが確立されること。

提案手法

• 自由運動に対する短時間展開を用いながら、完全な相互作用ハミルトニアン $ H_{\text{int}} $ を保持する。
• 相互作用駆動のデコherenceが系ハミルトニアンの進化を上回る極限におけるデコherenceプロセスを分析する。
• ゴールデンルール近似に依存しない時間にわたる摂動的アプローチを用いて、デコherence率を導出する。
• 密度行列の漸近的挙動に注目し、デコherence時間スケールを抽出する。
• バーストのすべての時間スケールを上回るデコherenceが成立する領域におけるデコherence時間の解析的表現を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境誘発デコherenceが、異なるシステムやバーストに対してどのように普遍的になるか。
• RQ2 相互作用効果が系のダイナミクスを上回る場合、デコherence率はどのように振る舞うか。
• RQ3 ゴールデンルール近似に依存しないデコherence時間の解析的表現を導出可能か。
• RQ4 バーストのハミルトニアンが有効なデコherence時間スケールを決定する役割を果たすか。

主な発見

• 相互作用駆動のプロセスが系のダイナミクスを上回る場合、デコherenceは短時間における普遍的現象となる。
• この領域ではゴールデンルール近似が不成立であり、短時間展開に基づく新しい解析的アプローチが不可欠となる。
• デコherence時間スケールが、特定のシステムやバーストの特性に大きく依存しないことが判明した。
• デコherenceがいかなるバースト時間スケールよりも速くなる極限において、デコherence率の解析的表現が導出された。