[论文解读] Quantum Structures: A View of the Quantum World

J. Jeknić-Dugić, M. Arsenijević+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2013

Quantum Mechanics and Applications参考文献 24被引用 10

一句话总结

本文研究量子结构作为理解量子世界的基本要素，提出量子系统缺乏唯一、本体论上优先的分解方式。通过分析量子关联、退相干及正则变换，表明从单一量子宇宙中可同时涌现出多个类经典结构，挑战了关于局域性和实在性的经典直觉。

ABSTRACT

We offer a systematic account of decomposition of quantum systems into parts. Different decompositions (structures) are mutually linked via the proper linear canonical transformations. Different kinds of structures, as well as their relations, are considered. Emphasis is placed on mutually global and irreducible structures. Is there a privileged structure of the closed system? Is there a preferred (bipartite) structure of an open system? Are there any practical advantages of certain alternative structures of the system? Is there a simple dynamical relation for a pair of structures? The [necessarily partial] answers are rather intriguing. Relativity of quantum correlations (that include entanglement as well as the "one-way" and "two-way" discord) is carefully presented. Emphasis is placed on the "parallel occurrence of decoherence" in the quantum Brownian motion. The environment-selected preferred structure of an open composite system is presented for a pair of harmonic oscillators (or the field modes). A limitation of the Nakajima-Zwanzig projection method appears as a consequence of quantum correlations relativity. Hence, describing dynamics of an alternate open-system is a delicate task. Certain interpretational issues, which include "quantum reference frames" issue, are discussed. Some recent experiments are also discussed. To this end, the option that "there are no particles" on the most fundamental physical level naturally follows. Certain open questions and prospects for further research are highlighted.

研究动机与目标

• 调查复合量子系统是否具有唯一的基本结构，或是否存在多种结构共存的可能性。
• 理解通过退相干与关联动力学，经典结构与直觉如何从量子基底中产生。
• 探讨量子结构的差异是否能带来经典物理中不可实现的实际优势。
• 检验量子力学中系统、局域性与关联的相对性，挑战经典物理关于物理分解的假设。

提出的方法

• 使用正则变换，特别是线性正则变换（LCTs），分析量子系统的不同结构分解。
• 应用Caldeira-Leggett的量子布朗运动模型，研究开放量子系统中的退相干。
• 提出退相干并行发生的概念，即在线性模型中，多个退相干过程可同时存在。
• 利用量子关联的相对性（纠缠与量子 discord）表明，关联依赖于系统分解的选择。
• 利用退相干诱导的优选结构，识别哪些子系统分解在动力学上趋于稳定并可观测。
• 提出一个猜想：经典性需要最小量的量子关联，从而将结构与量子到经典过渡联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 复合量子系统是否存在唯一的基本结构，还是多种结构可以共存？
• RQ2 经典结构与直觉如何从底层的量子基底中产生？
• RQ3 量子系统中的结构差异是否能带来经典物理中无法实现的实际应用？
• RQ4 在量子力学中，'系统'与'局域性'的概念在多大程度上是相对的？
• RQ5 退相干在单一量子宇宙中选择优选可观测结构的过程中起什么作用？

主要发现

• 多个类经典世界可共存于单一量子宇宙中，每个世界由不同的退相干诱导的优选结构定义。
• 开放复合系统的优选局域结构无法仅通过理论推导得出，而需依赖退相干动力学的唯象输入。
• 推测退相干的并行发生适用于所有线性模型，表明多个准经典领域可同时涌现。
• 量子关联的相对性意味着纠缠与量子 discord 依赖于所选的系统分解，使'关联'成为结构性而非绝对的属性。
• 经典性并非系统固有，而是系统-环境相互作用与自由度选择之间相互作用的产物。
• 本文认为'粒子'与'局域性'并非基本概念，而是涌现的，任何特定分解均无本体论上的唯一性。