6.7 Decoerență

Acasă ／ Capitolul 6: Domeniul cuantic

I. Fenomen și întrebare de bază
Obiectele foarte mici pot „să se comporte ca unde”: se suprapun și formează modele de interferență. Obiectele mari urmează aproape întotdeauna „ca particule” o singură traiectorie clară. Un singur electron sau un singur foton în experimentul cu două fante produce franjuri fine; dacă sunt înlocuite cu praf fierbinte sau molecule mari încălzite, franjurile se estompează rapid. Chiar și qubiții superconductorii, capabili să păstreze coerența, își pierd contrastul imediat ce cuplarea cu mediul devine mai puternică. Prin urmare, apare întrebarea firească: dacă aceleași legi fizice se aplică peste tot, de ce lumea macroscopică arată „clasică”?

II. Interpretarea Teoriei filamentelor de energie: trei moduri prin care coerența se „subțiază”
La prima menționare: Teoria filamentelor de energie (EFT) descrie orice obiect cuantic propagat ca un „înveliș de coerență” care înaintează în mareea de energie. Conform Teoriei filamentelor de energie, decoerența apare când acest înveliș se cuplează slab cu mediul, iar ordinea de fază se difuzează și se șterge.

• Cuplarea la mediu înregistrează peste tot urme „pe care drum”:
  Coliziunile fine și împrăștierea pe gaz, radiație sau rețeaua cristalină inscripționează diferențele de drum în numeroase grade de libertate ale mediului. În limbajul Teoriei filamentelor de energie, mănunchiuri de motive de fază se distribuie în nenumărate microelemente ale mării de filamente, formând o „memorie” răspândită.
• Zgomotul de fond tensorial asprește motivele de fază:
  Marea de energie nu este statică; există un zgomot tensorial slab, dar omniprezent. În timp, acesta face ca fazele relative dintre drumuri să derapeze. Modelele odinioară ordonate se dezagregă, iar învelișul de coerență trece de la „ascuțit” la „tocit”.
• Mediul „alege” coridoare de citire stabilă:
  În interacțiuni de durată se păstrează doar orientările și distribuțiile cel mai puțin sensibile la mediu — așa-numitele stări indicator. Ele corespund coridoarelor cu perturbare minimă și apar ca traiectorii clasice.

Efect net: nu este nevoie de un observator uman. Informația de fază a pătruns deja în mediu; din perspectiva locală rămâne o statistică mixtă, iar modelul de interferență dispare. Astfel, cuanticul „intră în scenă” sub formă clasică.

III. Scenarii tipice (de la bancul de lucru la frontul cercetării)

• Două fante în prezența gazului sau a radiației termice:
  Dacă mărim treptat presiunea sau temperatura în apropierea drumurilor, vizibilitatea franjurilor scade sistematic, după o combinație de presiune, temperatură și diferență de drum. Explicație: evenimentele de împrăștiere atașează particulelor și fotonilor din jur „etichete de drum”; ordinea de fază se scurge, iar franjurile se sting.
• Interferența moleculelor mari și emisia proprie:
  C₆₀ și molecule organice și mai mari prezintă interferență în vid înalt și la temperatură joasă. La încălzire, fotonii termici emiși „scot la iveală” informația de fază către mediu, iar franjurile slăbesc deoarece fotonii emiși transportă diferența de fază.
• Timpi de coerență ai qubiților și refacere prin ecou:
  În sisteme superconductorii sau de spin, relaxarea și defazarea stabilesc „fereastra de coerență”. Tehnici de tip ecou sau decuplare dinamică pot readuce o parte din ordinea de fază estompată, iar interferența reapare. Acest lucru arată că decoerența este difuzie informațională cauzată de cuplare, nu ștergere totală.
• Experimente de tip „gumă cuantică”:
  Când grade de libertate ale mediului poartă informația despre drum, ștergerea acelei înregistrări — sau combinarea ei astfel încât să devină ilizibilă — restabilește interferența în submulțimile condiționale corespunzătoare. Vizibilitatea depinde de accesibilitatea informației de fază, nu de faptul că o particulă „devine brusc clasică”.
• Optomecanică și „ferestre” de coerență în biologie:
  Rezonatoare micromecanice răcite aproape de starea fundamentală pot păstra coerența pentru scurt timp. Ansambluri complexe de fotosinteză mențin „buzunare” minuscule de coerență chiar și în medii calde și umede. În special, acestea arată că putem susține coerența prin inginerie dacă controlăm cuplarea și zgomotul de fond.

IV. Amprente experimentale (cum recunoaștem că faza devine „mai tocită”)

• Contrastul franjurilor scade sistematic odată cu creșterea presiunii, temperaturii, diferenței de drum și dimensiunii particulelor.
• Secvențele Ramsey și Hahn-echo arată o anvelopă în declin urmată de o refacere parțială.
• După „ștergerea” sau „etichetarea” selectivă a informației despre drum, franjurile apar din nou sau dispar în statisticile condiționale.
• Zgomotul izotrop comparat cu zgomotul direcțional produce dependențe unghiulare diferite ale degradării coerenței.

V. Răspunsuri rapide la neînțelegeri frecvente

• Este decoerența echivalentă cu pierderea de energie?
  Nu. În primul rând este vorba despre difuzia spre exterior a informației de fază; energia totală poate rămâne aproape neschimbată.
• Necesită decoerența un observator?
  Nu. Orice cuplare cu mediul care poate fi înregistrată este suficientă pentru a dispersa faza — cu sau fără observator.
• Explică decoerența, de una singură, de ce apare un singur rezultat?
  Explică de ce superpozițiile devin invizibile și de ce apar stări indicator stabile. Totuși, pentru a amplifica o mică diferență până la un rezultat lizibil, sunt necesare procesele de cuplare, închidere și memorie ale aparatului de măsură (vezi Secțiunea 6.4).
• Este decoerența ireversibilă?
  În principiu, coerența poate fi reconstruită dacă toate înregistrările din mediu sunt adunate și inversate. În practică este aproape imposibil, deoarece aceste înregistrări sunt împrăștiate în numeroase grade de libertate. Tehnicile de ecou și „ștergere” arată o reversibilitate limitată.

VI. Pe scurt
Decoerența nu rescrie legile cuantice. Ea arată că, atunci când informația de fază dintr-un înveliș local de coerență se difuzează în marea vastă de energie și în mediu, modelele de interferență dispar din perspectiva locală. Clasicitatea la scară macro apare când sistemele — sub influența zgomotului de fond și a unei cuplări multicanal prelungite — sunt „ghidate” către coridoare stabile, cel mai puțin sensibile la mediu.
Într-o singură propoziție: cuanticul este pretutindeni; ceea ce vedem este înfățișarea sa după decoerență.