[论文解读] 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 5

一句话总结

本文研究了在相互作用主导的 regimes 中，宏观世界中的环境诱导退相干现象，此时退相干发生的速度远快于系统动力学。通过在自由运动中使用短时间展开，同时保留完整的相互作用哈密顿量，本文表明退相干是一种普遍存在的、与系统和热库无关的现象，其时间尺度具有解析可解性，尤其是在退相干速度快于热库时间尺度的情况下。

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 $H_{ m res}$.

研究动机与目标

• 通过环境诱导退相干理解宏观系统中经典行为的出现。
• 分析退相干速度快于系统哈密顿量动力学的区域，该区域在先前的研究中被忽略。
• 推导出与系统和热库细节无关的退相干时间尺度的解析表达式。
• 建立在退相干快于任何热库时间尺度的极限下，退相干变得普遍。

提出的方法

• 在自由运动中使用短时间展开，同时保留完整的相互作用哈密顿量 $ H_{\text{int}} $。
• 在相互作用驱动的退相干主导于系统哈密顿量演化极限下分析退相干过程。
• 采用时间上的微扰方法推导退相干率，而无需依赖黄金规则近似。
• 聚焦于密度矩阵的渐近行为，以提取退相干时间尺度。
• 在退相干时间尺度超过所有热库时间尺度的区域，推导出退相干时间的解析表达式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，环境诱导退相干会成为不同系统和热库之间的普遍现象？
• RQ2 当相互作用效应主导于系统动力学时，退相干率的行为如何？
• RQ3 能否在不依赖黄金规则近似的情况下，推导出退相干时间的解析表达式？
• RQ4 热库哈密顿量在决定有效退相干时间尺度中起什么作用？

主要发现

• 当相互作用驱动的过程主导于系统动力学时，退相干成为一种普遍的短时间现象。
• 在此区域，黄金规则近似失效，因此需要基于短时间展开的新解析方法。
• 发现退相干时间尺度在很大程度上独立于特定的系统和热库特性。
• 在退相干快于任何热库时间尺度的极限下，推导出退相干率的解析表达式。