6.7 דעיכת קוהרנטיות

דף הבית ／ פרק 6: תחום הקוואנטים (V5.05)

I. התופעה והשאלה המרכזית
גופים זעירים יכולים להתנהג כמו גל, להינבט זה על גבי זה וליצור דפוסי התאבכות. לעומת זאת גופים גדולים כמעט תמיד נעים כמו חלקיקים במסלול יחיד וברור. אלקטרון יחיד או פוטון יחיד במבחן שני הסדקים יוצר קווים דקים של התאבכות, אך אם מחליפים אותם באבק חם או במולקולות גדולות מחוממות הקווים דוהים במהירות. אפילו קיוביטים על־מוליכים השומרים על קוהרנטיות מאבדים ניגודיות כאשר ההיצמדות שלהם לסביבה מתחזקת. מכאן נובעת השאלה הטבעית מדוע אם פועלות אותן חוקי פיזיקה העולם המאקרוסקופי נראה קלאסי.

II. פירוש תורת סיבי האנרגיה שלוש דרכים שבהן הקוהרנטיות נעשית דלילה
בתורת סיבי האנרגיה כל ישות קוונטית מתקדמת כמעין מעטפת קוהרנטיות המחליפה משמרות בתוך ים האנרגיה. דעיכת קוהרנטיות מתרחשת כאשר מעטפת זו נקשרת בעדינות לסביבה, וסדר המופע מתפזר ומטושטש.

• היקשרות לסביבה רושמת בכל מקום עקבות של איזו דרך
  התנגשויות זעירות ופיזור על גז, קרינה או סריג גבישי מטביעים את הבדלי המסלולים בריבוי דרגות החופש של הסביבה. בלשון תורת סיבי האנרגיה אשכולות של דגמי מופע מתפזרים על פני אינספור יסודות זעירים של ים הסיבים ונוצרת זיכרון מבוזר.
• רעש רקע טנזורי מחספס את דגמי המופע
  ים האנרגיה איננו סטטי. קיים בו רעש רקע טנזורי חלש אך נפוץ. עם חלוף הזמן הרעש גורם להיסט במופעים היחסיים בין מסלולים שונים, הדגמים המסודרים מתפרקים ומעטפת הקוהרנטיות עוברת מחדה לקהה.
• הסביבה בוחרת מסדרונות של קריאה יציבה
  באינטראקציה ממושכת נשמרות רק התצורות וההתפלגויות הרגישות פחות לסביבה. אלו הן מצבי מצביע. הן מתאימות למסדרונות בעלי הפרעה מזערית ונראות כמסלולים קלאסיים.

התוצאה הכוללת אין צורך בצופה אנושי. מידע המופע כבר זלג לסביבה. מנקודת מבט מקומית נותרת סטטיסטיקה מעורבת ודפוס ההתאבכות איננו נראה. כך העולם הקוונטי מופיע כקלאסי.

III. מצבים אופייניים מן הספסל ועד לחזית המחקר

• שני סדקים באטמוספרה של גז או בנוכחות קרינה תרמית
  כאשר מעלים בהדרגה לחץ או טמפרטורה סמוך למסלולים ניגודיות הקווים פוחתת באופן סיסטמי לפי שילוב של לחץ טמפרטורה והפרש מסלולים. ההסבר אירועי הפיזור מצמידים תוויות מסלול לחלקיקים ולפוטונים שבסביבה, סדר המופע דולף והקווים כבים.
• התאבכות של מולקולות גדולות ופליטה עצמית
  גם מולקולת « C60 » ואף אורגניות גדולות יותר מראות התאבכות בוואקום גבוה ובטמפרטורה נמוכה. בחימום הפוטונים התרמיים הנפלטים נושאים את מידע המופע אל הסביבה והקווים נחלשים משום שהפוטונים המוקרן נושא עמו את הפרש המופע.
• זמני קוהרנטיות של קיוביטים והשבה באמצעות אקו
  במערכות על־מוליכות או בספין הרלקסציה ואיבוד הפאזה קובעים את חלון הקוהרנטיות. טכניקות אקו או ניתוק דינמי יכולות להשיב חלק מסדר המופע שנמרח, וההתאבכות חוזרת להופיע. הדבר מראה שדעיכת קוהרנטיות היא דיפוזיה של מידע הנגרמת מן ההיקשרות לסביבה ולא מחיקה מוחלטת.
• ניסויי מחיקה קוונטית
  כאשר דרגות חופש של הסביבה נושאות את רישום המסלול מחיקה של רישום זה או צירופו כך שלא ניתן לקריאה משיבה התאבכות בתת־קבוצות מותנות. הנראות תלויה בנגישות של מידע המופע ולא בכך שחלקיק נהיה לפתע קלאסי.
• אופטומכניקה וחלונות קוהרנטיות במערכות ביולוגיות
  תהודות מכניות זעירות מקוררות סמוך למצב היסוד עשויות לשמור קוהרנטיות לפרק זמן קצר. צברים מורכבים של פוטוסינתזה מחזיקים כיסים זעירים של קוהרנטיות גם בסביבה חמה ולחה. הדבר מצביע על כך שניתן להחזיק קוהרנטיות באמצעים הנדסיים כאשר שולטים בהיקשרות וברעש הרקע.

IV. טביעות אצבע ניסיוניות כיצד מזהים שהמופע נעשה קהה יותר

• ניגודיות הקווים פוחתת באופן סיסטמי עם עליית הלחץ הטמפרטורה הפרש המסלולים וגודל החלקיקים
• סדרות רמזי והאן אקו מציגות מעטפת דועכת עם התאוששות חלקית
• לאחר מחיקה סלקטיבית או סימון של מידע המסלול קווים מופיעים מחדש או נעלמים בסטטיסטיקה מותנית
• רעש איזוטרופי לעומת רעש מכוון יוצר תלות זוויתית שונה בדעיכת הקוהרנטיות

V. תשובות קצרות לאי הבנות נפוצות

• האם דעיכת קוהרנטיות משמעה אובדן אנרגיה
  לא. בראש ובראשונה מדובר בהתפזרות כלפי חוץ של מידע המופע. האנרגיה הכוללת עשויה להישאר כמעט ללא שינוי.
• האם נדרש צופה כדי שתתרחש דעיכת קוהרנטיות
  לא. כל היקשרות הניתנת לרישום לסביבה מספיקה כדי לפזר את המופע עם צופה או בלעדיו.
• האם דעיכת קוהרנטיות לבדה מסבירה מדוע מתקבל תוצאה יחידה
  היא מסבירה מדוע העל־הצבה מפסיקה להיות נראית ומדוע נוצרים מצבי מצביע יציבים. כדי להעצים הבדל זעיר לתוצאה הניתנת לקריאה נדרשות עדיין היקשרות סגירה ותהליכי זיכרון של מכשיר המדידה כפי שהוסבר בסעיף 6.4.
• האם דעיכת קוהרנטיות בלתי הפיכה
  בעיקרון ניתן לשקם קוהרנטיות אם אוספים והופכים את כל הרישומים הסביבתיים. בפועל הדבר כמעט בלתי אפשרי משום שהרישומים מפוזרים על פני ריבוי עצום של דרגות חופש. אקו ומחיקה מציגים הפיכות מוגבלת.

VI. לסיכום
דעיכת קוהרנטיות איננה כותבת מחדש את חוקי הקוונטים. היא מבהירה שכאשר מידע המופע ממעטפת קוהרנטיות מקומית מתפזר אל ים האנרגיה העצום ואל הסביבה דפוסי ההתאבכות נעלמים מן המבט המקומי. קלאסיות בממדים גדולים נוצרת כאשר מערכות מונעות בידי רעש הרקע ובידי היקשרויות מרובות ומתמשכות מנווטות אל מסדרונות יציבים הרגישים מעט לסביבה.
משפט אחד לעניין הקוונטי מצוי בכל מקום והקלאסי הוא הופעתו לאחר דעיכת הקוהרנטיות.