[论文解读] Interaction with a pre and post selected environment and recoherence

Benni Reznik|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 1995

Quantum Mechanics and Applications参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文研究了与同时经历预选和后选的环境相互作用的开放量子系统的动力学，表明此类系统通常无法用密度矩阵来描述。相反，两态（TS）形式化提供了完整的描述，其中系统从初始纯两态演化为混合两态，再通过修正的Liouville方程返回至最终纯两态，从而实现退相干的恢复甚至抑制。

ABSTRACT

The interaction of an open system $\s$ with a pre- and post-selected environment is studied. In general, under such circumstances $\s$ can not be described in terms of a density matrix, {\it even when $\s$ in not post-selected}. However, a simple description in terms of a two-state (TS) is always available. The two-state of $\s$ evolves in time from an initially `pure' TS to a `mixed' TS and back to a final `pure' TS. This generic process is governed by a modified Liouville equation, which is derived. For a sub-class of observables, which can still be described by an ordinary density matrix, this evolution generates recoherence to a final pure state. In some cases post-selection can even suppress any decoherence.

研究动机与目标

• 理解当环境同时经历预选和后选时，开放量子系统动力学的特性，挑战标准密度矩阵描述方法。
• 发展一种形式化方法，即使在密度矩阵方法失效的情况下，也能一致地描述此类系统。
• 研究后选是否能抑制退相干，甚至在开放量子系统中引发退相干恢复。
• 推导出描述此情境下两态形式化时间演化的修正Liouville方程。

提出的方法

• 系统采用两态（TS）形式化描述，该方法将标准密度矩阵方法推广至预选与后选环境。
• 推导出一个修正的Liouville方程，用于控制两态的时间演化，整合了预选与后选条件。
• 该形式化方法允许系统从初始纯两态到混合两态再到最终纯两态的演化过程得到一致描述。
• 对于某一类可观测量，两态退化为密度矩阵，从而可使用标准量子力学工具。
• 该方法将环境视为具有初始和最终边界条件的量子系统，导致非马尔可夫性和反因果特征。
• 分析表明，后选可逆转或抑制退相干，从而实现系统向纯最终态的退相干恢复。

实验结果

研究问题

• RQ1 当环境同时经历预选和后选时，是否仍可为开放系统建立一致的量子描述，即使密度矩阵形式化失效？
• RQ2 两态形式化如何描述系统从初始纯态经由混合中间态演化至最终纯态的过程？
• RQ3 后选在抑制或逆转开放量子系统退相干过程中起到何种作用？
• RQ4 在何种条件下，两态形式化会退化为标准密度矩阵描述？
• RQ5 此类系统中是否可实现退相干恢复？其机制是什么？

主要发现

• 系统的演化由一个整合了预选与后选条件的修正Liouville方程控制，从而实现一致的动力学描述。
• 即使系统本身未被后选，环境的后选也会阻止标准密度矩阵描述的适用性，因而必须采用两态形式化。
• 两态从初始纯态演化为混合态，再返回至最终纯态，反映了典型的退相干恢复过程。
• 对于某一类可观测量，两态退化为密度矩阵，从而允许使用标准量子力学预测。
• 后选可抑制退相干并引发退相干恢复，使系统在经历中间退相干后仍能返回至纯最终态。
• 该形式化揭示了后选可引发反因果效应，即未来测量结果可影响系统动力学。