[论文解读] A Bohmian view on quantum decoherence

Ángel S. Sanz, F. Borondo|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2003

Quantum Mechanics and Applications被引用 1

一句话总结

本文提出了一种基于Bohmian力学的轨迹框架，用于分析双缝实验中的量子退相干现象，表明即使在完全退相干——干涉条纹消失——的情况下，粒子轨迹仍受两个缝隙的拓扑影响。关键发现是，退相干虽抑制了量子干涉，但并未消除对粒子运动的非定域影响。

ABSTRACT

The effects of decoherence in interference phenomena are analyzed by defining a new class of quantum trajectories associated to the reduced density matrix of the system. In particular, this analysis is illustrated here by the double–slit experiment, a paradigm of quantum interference. As is well–known, in this experiment, the interference arises from the possibility for a particle to follow two different paths, from each slit to the detector. Within our trajectory description, based on Bohmian mechanics, we show that decoherence does not ensure that the particle motion related to one of those pathways is unaffected by the other one. Quantum mechanically decoherence suppresses the interference produced by the coherent superposition of the partial waves corresponding to each pathway. This gives rise to a classical–like intensity pattern, i.e. identical to that directly obtained from the sum of the intensities associated to those partial waves. However, the topology of the trajectories here defined reveals that the particle motion is strongly influenced by both pathways even in the case of full decoherence. 1

研究动机与目标

• 使用Bohmian轨迹分析退相干对量子干涉的影响。
• 研究在干涉被抑制的情况下，粒子运动是否仍受两条路径的影响。
• 调和在退相干下出现的经典强度分布与Bohmian轨迹的非定域性之间的关系。
• 证明退相干在轨迹模型中并未完全实现粒子运动的局域化。

提出的方法

• 定义一类源自系统约化密度矩阵的新量子轨迹类别。
• 应用Bohmian力学，在退相干条件下模拟双缝装置中粒子的运动。
• 利用轨迹的拓扑结构分析每条路径如何在退相干条件下仍影响粒子的运动。
• 将所得轨迹模式与通过叠加单个缝隙强度获得的经典强度分布进行比较。
• 采用约化密度矩阵形式化方法建模退相干效应，而无需波函数完全坍缩。
• 分析即使在无干涉时，轨迹连接仍能保持非定域影响的持久性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在完全退相干条件下，Bohmian轨迹在双缝实验中如何表现？
• RQ2 在轨迹模型中，退相干在多大程度上消除了某条路径对粒子运动的影响？
• RQ3 当干涉被抑制时，轨迹拓扑是否仍能揭示非定域效应？
• RQ4 约化密度矩阵与退相干环境中的轨迹动力学有何关系？
• RQ5 为何在退相干下经典强度分布会浮现，而轨迹仍反映出两个缝隙的影响？

主要发现

• 即使在完全退相干下，Bohmian轨迹仍受两个缝隙的拓扑影响，表明非定域效应持续存在。
• 强度分布与单个缝隙强度之和的经典分布一致，证实了退相干对干涉的抑制作用。
• 尽管存在退相干，轨迹并未局域于单一路径，这与经典直觉相矛盾。
• 约化密度矩阵生成的轨迹反映了系统与环境之间的纠缠。
• 退相干抑制了干涉，但并未消除未被观测路径对粒子运动的影响。
• 分析揭示了经典强度分布与单个粒子轨迹的非定域性之间存在根本性不匹配。