Учитывая запутанность, почему допустимо учитывать квантовое состояние подсистем?

Нормальное состояние подсистемы — запутанное, как следует из уравнения Шредингера, которое при некотором взаимодействии сразу превращает разделимое состояние в запутанное.

Состояние подсистемы получается из состояния вселенной путем отслеживания всех других степеней свободы. Это оставляет матрицу плотности, которая является совершенно хорошим состоянием для подсистемы. Но это состояние обычно смешанное. Если система достаточно экранирована от окружающей среды, ее матрица плотности будет следовать неунитарной эволюции типа Линдблада. http://en.wikipedia.org/wiki/Lindblad_equation

Это уравнение следует использовать вместо уравнения Шредингера всякий раз, когда необходимо количественно предсказать квантово-оптические явления . Обычные аргументы с чистыми состояниями — это идеализация, игнорирующая несовершенства, всегда существующие в реальных экспериментах. Квантовое уравнение Лиувилля (которое эквивалентно уравнению Шредингера) возникает как предел уравнений Линдблада, в которых опущены диссипативные члены. Но этот предел — идеализация, которая (в квантовой оптике) обычно недостаточна для количественных предсказаний.

Экспериментальные методы могут быть использованы для перевода (максимум) нескольких степеней свободы подсистемы в (приблизительно) чистое состояние, которые затем используются как воплощения чистых состояний в квантовых экспериментах. Например, в атоме серебра (имеющем много степеней свободы) магнит по-разному влияет на разные спины; по этой причине можно сделать спиновую степень свободы чистой. Фотон имеет смешанное состояние по импульсным степеням свободы, но его поляризационные степени свободы можно сделать чистыми с помощью поляризатора.

Таким образом, говорить о чистых состояниях физической системы, меньшей, чем Вселенная в целом, и использовать уравнение Шредингера для ее динамики — это такая же идеализация, как игнорирование трения в классической гамильтоновой механике. Оно уместно во многих случаях и неуместно в других, и пользователь должен решить, является ли конкретное используемое описание адекватным.

Я думаю, что у этого вопроса есть две стороны:

1) Почему мы часто можем рассматривать системы, с которыми связаны наши измерительные приборы, как классические системы? Это объясняется декогеренцией, как указано в ответе Джона Ренни.

2) Почему мы можем описать некоторые системы в лаборатории как претерпевающие унитарную эволюцию своих волновых функций в соответствии с уравнением Шрёдингера способом, который не зависит от некоторых наших измерительных устройств? Это связано с тем, что большое внимание уделяется изоляции исследуемой системы от преждевременной декогерентности с измерительными устройствами. Это не означает, что в глобальной волновой функции нет запутанности, это просто означает, что гамильтониан эксперимента был разработан очень тщательно, чтобы позволить подпространствам глобальной волновой функции развиваться с минимальной связью. Часто это очень сложно сделать, и это одна из причин, по которой масштабируемые квантовые компьютеры так сложно создать.

Из-за декогеренции .

Каждый раз, когда я думаю, что понимаю декогеренцию, я обнаруживаю, что ошибаюсь, но в основном фазовая информация между вашей подсистемой и ее окружением зашифровывается, и они начинают вести себя независимо.

Вы заявляете:

Квантовая запутанность — это норма, не так ли?

Норма в каких рамках? Квантовая механика — это описание природы в микромире, и даже там запутанность в смысле одной волновой функции, описывающей целую систему частиц, случается лишь иногда. Декогеренция, см. ответ Джона Ренни, существует даже в микромире.

Все, что существует в реальности, это волновая функция всей вселенной, правда?

Неправда, если под волновой функцией мы подразумеваем решение уравнения квантовой механики, которое управляло бы миллионами частиц, содержащихся во Вселенной, во всех известных и рассчитанных фазах. К тому времени, когда мы достигаем размеров в сантиметры, декогерентизация становится совершенно неизбежной. Каркас квантово-механических полей трансформируется в каркас классических полей, и фазы квантово-механических решений теряются (за исключением сверхтекучей и сверхпроводниковой, но это уже другая история, и она все еще ограничена земными размерами).

Таким образом, мы можем говорить о квантовом состоянии подсистем, поскольку все не запутано. Не говоря уже о вселенной.

Интересный вопрос. В инфляционную эпоху существуют квантовые флуктуации, и анизотропия реликтового излучения является коллапсом реликтов этих флуктуаций. Помимо декогеренции, вселенная все еще находится в запутанном состоянии в космическом масштабе.

Я думаю, что у Tegmark на http://arxiv.org/abs/1108.3080 есть хорошая трехсторонняя структура для ответа на ваш вопрос. Вы должны включить наблюдателя. Что вы получаете относительно некоторого состояния знания наблюдателя? Если наблюдатель знает о данных WMAP, то по отношению к этому наблюдателю происходит коллапс в незапутанное состояние. Наблюдателю даже не нужно знать, что происходит далеко. Знания того, что здесь происходит, достаточно, чтобы избавиться от запутанности.

В противном случае, в соответствии с нашими лучшими инфляционными моделями, отслеживание далеких космических областей оставит нашу локальную область в сильно смешанном состоянии при суперпозиции температур реликтового излучения, различающихся в соотношении до 10 ^ -5, и структурообразования материи. в еще большей суперпозиции.

Декогеренция объясняет, почему разные термины предотвращают интерференцию, но не объясняет, почему из многих выбирается один термин.

Не беспокойтесь о космической запутанности, пришедшей из инфляционной эры. Они уже рухнули. Так что не волнуйтесь. Волновая функция уже коллапсировала. Обычная временная эволюция Шредингера имеет тенденцию создавать большую запутанность, но коллапс имеет тенденцию развязывать запутанность. Мы запутались? Нет, потому что коллапс волновой функции разрушает запутанность. Что касается того, кто или что разрушает волновую функцию, или можно ли ее обратить, это вопрос на миллион долларов.

Правда все запутано . Однако в многомировой интерпретации волновая функция Вселенной распадается на множество миров. Как правило, каждый декогерентный мир сам по себе будет гораздо менее запутанным, чем волновая функция в целом. В то время как взятие частичной трассы для подсистемы может привести к очень смешанному состоянию, если это делается для полной волновой функции, частичная трасса, полученная только для одного из миров, скорее всего, приведет к менее смешанному состоянию.

Если у вас есть две запутанные подсистемы, формирующие (идеальное) чистое состояние, все равно имеет смысл рассмотреть подсистему экспериментально. Если я запутаю два атома и дам один вам, ничто не мешает вам провести измерения только на «вашем» атоме.

Многократно повторяя один и тот же эксперимент с одинаковым образом подготовленными атомами, вы сможете охарактеризовать матрицу плотности, описывающую вашу подсистему. Однако вы не сможете охарактеризовать совместную волновую функцию двух атомов.