檢視量子退相干的原始碼

{| class="wikitable" align="right"
|-
|<center><img src=https://hellorfimg.zcool.cn/preview260/2485342523.jpg?x-image-process=image/format,webp width="330"></center>
<small>[https://www.hellorf.com/image/search?q=%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%80%80%E7%9B%B8%E5%B9%B2 来自 站酷网 的图片]</small>
|}

'''量子退相干'''在[[量子力学]]里，开放量子系统的量子相干性会因为与外在环境发生量子纠缠而随着时间逐渐丧失，这效应称为量子退相干（英语：Quantum decoherence），又称为量子去相干。量子退相干是量子系统与[[环境]]因量子纠缠而产生的后果。由于量子相干性而产生的干涉现象会因为量子退相干而变得消失无踪。量子退相干促使系统的量子行为变迁成为经典行为，这过程称为“量子至经典变迁”（quantum-to-classical transition）。德国物理学者汉斯·泽贺最先于1970年提出量子退相干的[[概念]]。自1980年以来，量子退相干已成为热门研究论题。

==历史==

1935年，在普林斯顿高等研究院，阿尔伯特·[[爱因斯坦]]、博士后纳森·罗森、研究员鲍里斯·波多尔斯基合作完成论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？》，并且将这篇[[论文]]<ref>[https://www.sohu.com/a/328454944_120069011 干货！如何打造一篇高被引论文？你get到了吗？]，搜狐，2019-07-22 </ref>发表于5月份的《物理评论》。这是最早探讨量子纠缠的一篇论文。在这篇论文里，他们详细表述爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬，试图借着一个思想实验来论述量子力学的不完备性质。他们并没有更进一步研究量子纠缠的特性。

薛定谔仔细阅读了爱因斯坦研究团队的论文。稍后不久，他发表了一篇论文，对于“量子纠缠”这术语给予定义，并且研究探索相关概念。薛定谔体会到这概念的重要性，他表明，[[量子纠缠]]不只是量子力学<ref>[https://www.sohu.com/a/654977044_348129 量子力学简介]，搜狐，2023-03-17</ref>的某个很有意思的性质，而是量子力学的特征性质；量子纠缠在量子力学与经典思路之间做了一个完全切割。为了进一步显示量子力学的不完备性，薛定谔将量子力学应用到宏观效应中，从而构思了著名的薛定谔猫思想实验。这思想实验明显地呈现出量子至经典变迁的问题。

在之后40年，量子至经典变迁的问题并未得到解答，主要有两个原因，一是由于物理学者认为这论题不常出现于宏观世界，并且没有什么实际用途，二是由于物理[[学者]]并未发现环境会扮演那么关键的角色促成了量子至经典变迁1970年，德国物理学者汉斯·泽贺发表了首篇关于量子退相干的论文，他强调，所有宏观系统都是开放系统，都会强烈地与环境相互作用．它们不会遵守薛定谔方程，因为，薛定谔方程只适用于孤立系统。这崭新的量子退相干概念并没有立刻吸引到学术界的注意。1981至1982年之间，[[波兰]]物理学者沃杰克·祖瑞克在《物理评论D》发表了两篇关键性论文，他指出经典系统自然而然地将内含的量子相干性泄漏至环境，因而导致量子退相干的后果，在处理波函数坍缩问题时，不能够忽略这后果。祖瑞克的两篇论文使得量子退相干成为热门量子论题。1984年，祖瑞克推导出估算量子退相干时间尺度的公式，可以很容易地对于一般量子系统进行相关估算。隔年，泽贺与学生艾瑞曲·犹斯共同给出一个模型，能够详细地描述因[[环境]]粒子散射而产生量子退相干后果的全部过程。1991年，祖瑞克在《今日物理》发表了一篇论文，将量子退相干介绍给更广泛学术界，从而引起更多物理学者注意到这学术领域的发展。

==实验观察==

量子退相干通常发生的很快，因此很难制成处于宏观或介观的叠加态物体。为了要实验验证量子退相干的效应、见证量子与经典之间的平滑边界、检验与改良描述量子退相干的[[理论]]模型、找出任何不同于量子力学幺正演化行为之处，必须完成以下几件极具挑战性的任务：

制备出可分辨的几个宏观态或介观态的量子叠加态。

设计一套证实量子叠加的方法。

量子退相干时间尺度必须足够长久，这样才能[[正确]]地观测量子退相干。

[[设计]]一套监督量子退相干的方法。

===腔量子电动力学实验===

1996年，在[[法国]]巴黎高等师范学校，物理学者塞尔日·阿罗什实验团队在腔量子电动力学实验中，首先定量观测到辐射场的介观叠加态的相位相干性逐渐地因量子退相干而被摧毁。

在这实验里，单独里德伯铷原子被传输通过含有辐射场的微波腔，而这里德伯原子是处于两个[[量子]]态所组成的叠加态，其中一个量子态会使得辐射场发生相移，因此促使辐射场从原先所处的非叠加态变为叠加态。由于光子散射于腔镜子的瑕疵，辐射场会逐渐失去其相位相干性给环境。传送第二个里德伯原子通过微波腔，可以测量出辐射场的相位相干性。从分析在不同延迟时间下相位相干性的数据，可以实验证实量子退相干效应。

因为研究能够量度和操控个体量子系统的突破性实验方法，阿罗什荣获2012年[[诺贝尔物理学奖]]。

===量子干涉学实验===

2002年，[[奥地利]]维也纳大学物理学者安东·蔡林格研究团队发表论文报告观察C70富勒烯干涉行为的结果。C70富勒烯的质量为840amu，直径约为1nm，是由超过1000个微观粒子所组成的相当复杂的物体，因此很不容易观察到量子干涉效应，必须特别使用一种应用塔尔博特效应的干涉仪，称为塔尔博特-劳澳干涉仪。碰撞退相干、[[热力学]]退相干、振动摄动引起的退相位，这几种效应会促使干涉图案的可视性会逐渐衰减。量子退相干可以用可视性的衰减来量度，因此可视性的衰减表征量子退相干效应。

==量子信息科学==

退相干现象对量子信息科学的影响可大致分成两大内容来说明：量子计算与量子通信。我们知道在量子信息科学中，量子系统的状态含藏着信息的意义。量子退相干会使我们所在意的系统出现信息部分或完全丧失的结果，因此在[[量子计算]]上会造成计算结果出现误差干扰；而在量子通信上，一个环境充满扰动的信息传递通道（channel），在通道末端的收受者则有收到噪声及错误讯息的可能，需要除错系统如编码方法之协助。

==参考文献==

[[Category:330 物理學總論]]