Decoherencia cuántica

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En resumen, los sistemas cuánticos que se encuentran en interacción con otros sistemas son denominados sistemas abiertos y se los representa mediante el operador de estado reducido que puede evolucionar de forma no unitaria. Esto abre las puertas al enfoque de la decoherencia inducida por el ambiente.
 
 
==La decoherencia inducida por el ambiente==
 
Actualmente, en el ámbito de la física el problema de la medición y el límite clásico se aborda a partir de la teoría de la decoherencia inducida desde el enfoque EID. Este programa fue desarrollado por el grupo liderado por Wojciech H. Zurek (1982, 1991, 2003) con sede en el laboratorio de Los Alamos. El programa se basa en el estudio de los efectos de la interacción entre un sistema cuántico ''S'', considerado como un sistema abierto, y su ambiente ''E''.
 
El sistema ''S'' es un sistema abierto que tiene asociado un espacio de Hilbert [[File:DQimage051.png]] y el ambiente ''E'' es un sistema abierto que tiene asociado un espacio de Hilbert [[File:DQimage052.png]]. Los espacios de von Neumann-Liouville de cada uno de ellos son [[File:DQimage053.png]] y [[File:DQimage054.png]], respectivamente. El universo ''U'' es un sistema cerrado, que tiene asociado un espacio de Hilbert [[File:DQimage055.png]] producto de los espacios de Hilbert que corresponden al sistema propio ''S'' y al ambiente ''E'', es decir, [[File:DQimage056.png]]; por otro lado el correspondiente espacio de von Neumann-Liouville de ''U'' es [[File:DQimage057.png]]. Al ser ''U'' un sistema compuesto, el operador de estado inicial del sistema total se construye según (2.8), como el producto tensorial de los operadores de estados iniciales de sus subsistemas
 
[[File:DQimage058.png|center]] <div align="right">(3.1)</div>
 
El operador de estado total del sistema evoluciona según la ecuación de von Newman-Liouville.:
 
[[File:DQimage059.png|center]] <div align="right">(3.2)</div>
 
donde [[File:DQimage017.png]] es el Hamiltoniano del sistema total. Tomando la traza parcial del operador de estado total evolucionado, se eliminan los grados de libertad del ambiente y se recupera el operador de estado reducido evolucionado
 
[[File:DQimage060.png|center]] <div align="right">(3.3)</div>
 
La dinámica del estado reducido sí puede conducir a un estado final diagonal, pues responde a una ecuación maestra no-unitaria. Así, según el enfoque EID, el estudio de la decoherencia se basa en el estudio de la evolución del estado reducido, representado por una matriz escrita en la base privilegiada. Ya sea calculando explícitamente [[File:DQimage061.png]] o analizando caso por caso la ecuación maestra, es posible determinar si, bajo ciertas condiciones, el operador de estado reducido se convierte en diagonal o no. En muchos modelos de sistemas físicos, donde la cantidad de grados de libertad del ambiente es enorme, se demuestra que
 
[[File:DQimage062.png|center]] <div align="right">(3.4)</div>
 
Entonces se afirma que, como luego de un tiempo de decoherencia [[File:DQimage005.png]] la matriz [[File:DQimage061.png]] evolucionó a [[File:DQimage063.png]] diagonal, entonces se dio un proceso de decoherencia inducido por la gran cantidad de grados de libertad del ambiente. En palabras de Zurek, el incesante “monitoreo” que ejerce el ambiente sobre el sistema produce una “degradación” de los estados cuánticos en estados “diagonales” que, por ello, representan una situación clásica: “''el ambiente destila la esencia clásica de un sistema cuántico''” (Zurek 2003, 2). Esta perspectiva es útil cuando se adopta el punto de vista de un observador para el que no es posible acceder al sistema ''E'' y, por lo tanto, tampoco es posible acceder a las correlaciones entre ''S'' y ''E''. La única información que este observador puede obtener es la que brindan los valores medios de los observables del sistema ''S''. Entonces, desde su punto de vista, las correlaciones carecen de interés práctico: el operador de estado [[File:DQimage064.png]] le provee toda la información sobre el sistema ''S'', y este sistema responde a una estadística clásica.
 
En resumen, dado un sistema ''S'' embebido en un ambiente ''E'' con muchos grados de libertad, la transición cuántico-clásico del sistema ''S'' puede explicarse del siguiente modo: existe una base privilegiada en la que el operador de estado reducido [[File:DQimage064.png]] del sistema ''S'' se vuelve diagonal en el tiempo [[File:DQimage005.png]]. La base privilegiada es la que indica cuál es la realidad clásica emergente: los vectores de esta base son los autovectores del observable que adquiere características clásicas.
 
 
===Aplicaciones en física y filosofía de la física===
 
Según Maximilian Schlosshauer (2004, 1270), en la actualidad, las dificultades conceptuales de la medición cuántica pueden concentrarse en torno a dos núcleos (para una descripción detallada del problema de la medición, ver Krips 2016):
 
#El problema de la lectura definida (''definite outcome''): consiste en responder las pregunta tradicional acerca de la medición cuántica: ¿por qué percibimos una lectura definida en el dispositivo de medición cuando su estado es una superposición de lecturas posibles?
#El problema de la base privilegiada (''preferred basis''): dado que existe una ambigüedad teórica en la definición del observable medido debido a la posibilidad matemática de un cambio de base en la expresión del estado del sistema, ¿qué fenómeno físico selecciona tal observable?
 
Luego de la interacción entre el sistema y el aparato, el sistema compuesto se encuentra en un estado de superposición [[File:DQimage065.png]], donde [[File:DQimage022.png]] y [[File:DQimage067.png]] son los autoestados del sistema y el aparato de medición respectivamente, mientras que [[File:DQimage067.png]] es el estado inicial del ambiente. Siguiendo los argumentos usuales de la teoría de la decoherencia (Zurek 1982, Schlosshauer 2007), se supone que hay un Hamiltoniano de interacción particular entre sistema, aparato y ambiente. La teoría de la decoherencia presupone la existencia de una interacción que produce una correlación entre los sistemas
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