Decoerenza quantistica: differenze tra le versioni

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La teoria della '''decoerenza quantistica''', o '''desincronizzazione delle funzioni d'onda''', descrive ilun fenomeno delche simula il [[collasso della funzione d'onda]] come conseguenza dell'interazione irreversibile (in senso [[Termodinamica|termodinamico]]) fra i [[Stato quantico|sistemi quantistici]] e l'ambiente esterno, fornendo un'interpretazioneuna spiegazione di tale aspetto cruciale della [[meccanica quantistica]] chesenza nonricorrere necessitaad diun [[Fisicaapparato classica|concettidi classici]]misura.

==Le basi della teoria==

In [[fisica]] le [[Particella (fisica)|particelle]] vengono usualmente trattate come [[funzione d'onda]] che evolve nel tempo secondo l'[[equazione di Schrödinger]]. In particolare il [[principio di sovrapposizione (meccanica quantistica)|principio di sovrapposizione]] gioca un ruolo fondamentale nella spiegazione di tutti i fenomeni di [[Interferenza (fisica)|interferenza]] osservati. Tuttavia questo comportamento è in contrasto con la [[meccanica classica]]; a livello macroscopico infatti non è possibile osservare una sovrapposizione di stati distinti. Un esempio ben noto è fornito dal [[paradosso del gatto di Schrödinger]]: un essere vivente non può essere contemporaneamente vivo e morto.

In [[fisica]] le [[Particella (fisica)|particelle]] vengono usualmente trattatedescritte comemediante una [[funzione d'onda]] che evolve nel tempo secondo l'[[equazione di Schrödinger]]. In particolare il [[principio di sovrapposizione (meccanica quantistica)|principio di sovrapposizione]] gioca un ruolo fondamentale nella spiegazione di tutti i fenomeni di [[Interferenza (fisica)|interferenza]] osservati. Tuttavia questo comportamento è in contrasto con la [[meccanica classica]]; a livello macroscopico infatti non è possibile osservare una sovrapposizione di stati distinti. Un esempio ben noto è fornito dal [[paradosso del gatto di Schrödinger]]: un essere vivente non può essere contemporaneamente vivo e morto.

Sorge quindi una domanda: esiste una separazione tra regime quantistico e regime classico? L'[[interpretazione di Copenaghen]] suggerisce una risposta affermativa: effettuare una misura su un sistema quantistico equivale a renderlo osservabile, quindi "classico". Ad esempio, se in un [[esperimento della doppia fenditura]] si osserva la traiettoria di una particella, l'interferenza viene distrutta ([[principio di complementarità]]). Il meccanismo responsabile di questo fenomeno prende il nome di [[collasso della funzione d'onda]] e venne introdotto da [[John Von Neumann|Von Neumann]].

Sorge quindi una domanda: esiste una separazione tra regime quantistico e regime classico? L'[[interpretazione di Copenaghen]] suggerisce una risposta affermativacontrointuitiva: solo effettuare una misura su un sistema quantistico equivaledistrugge a renderlola osservabilesovrapposizione, quindirendendolo "classico". AdIl esempio,meccanismo se in un [[esperimento della doppia fenditura]] si osserva la traiettoriaresponsabile di unaquesto particellafenomeno, l'interferenzaintrodotto vieneda distrutta ([[principioJohn diVon complementaritàNeumann|Von Neumann]]). Il meccanismo responsabile di questo fenomeno, prende il nome di [[collasso della funzione d'onda]] e venne introdotto da [[John Von Neumann|Von Neumann]].

Tuttavia, se esiste un confine tra mondo quantistico e classico, non è affatto chiaro ''dove'' vada tracciato, né ''perché'' esista: il collasso della funzione d'onda viene solo postulato. Questi problemi vengono affrontati dalla ''teoria della decoerenza'', la cui idea di base è la seguente: le leggi della meccanica quantistica, a partire dall'equazione di Schrödinger, si applicano a sistemi ''isolati'' - in linea di principio, ''anche'' a quelli macroscopici. Quando un sistema quantistico non è isolato dall'esterno - ad esempio durante una misura - esso diventa [[Entanglement quantistico|entangled]] con l'ambiente (trattato anch'esso quantisticamente); questo fatto, secondo la teoria, ha conseguenze cruciali sul mantenimento della coerenza.

Tuttavia, se esiste un confine tra mondo quantistico e classico, non è affatto chiaro ''dove'' vada tracciato, né ''perché'' esista: il collasso della funzione d'onda viene solo postulato, ma non spiegato. Questi problemi vengono affrontati dalla ''teoria della decoerenza'', la cui idea di base è la seguente: le leggi della meccanica quantistica, a partire dall'equazione di Schrödinger, si applicano a sistemi ''isolati'' - in linea di principio, ''anche'' a quelli macroscopici. Quando un sistema quantistico non è isolato dall'esterno - ad esempio durante una misura - esso diventa [[Entanglement quantistico|entangled]] con l'ambiente (trattato anch'esso quantisticamente); questo fatto, secondo la teoria, ha conseguenze cruciali sul mantenimento della coerenza.

In particolare, se il sistema viene preparato in una [[sovrapposizione coerente]] di stati, l'entanglement con l'ambiente porta alla perdita di coerenza tra le differenti parti della funzione d'onda che corrispondono agli stati sovrapposti. Dopo un ''tempo di decoerenza'' caratteristico, il sistema non è più in una sovrapposizione di stati, bensì in una [[miscela statistica]].

In particolare, se il sistema viene preparato in una [[sovrapposizione coerente]] di stati, l'entanglement con l'ambiente porta alla perdita di coerenza tra le differenti parti della funzione d'onda che corrispondono agli stati sovrapposti. DopoIl unsistema ''tempoha diuna decoerenza''transizione caratteristico,spontanea ildallo sistemastato coerente a quello decoerente (non è più in una sovrapposizione di stati, bensì in una [[miscela statistica]]) con un decadimento esponenziale della coerenza regolato da una vita media (''tempo di decoerenza'') caratteristica per quel specifico sistema.

Secondo la teoria, la differenza tra sistemi microscopici e macroscopici sta nel fatto che se i primi si possono isolare bene dall'esterno (cioè la coerenza si mantiene facilmente per un tempo sufficientemente "lungo"), lo stesso non si può dire per i secondi, per i quali invece si deve inevitabilmente tener conto dell'interazione con l'ambiente. Di conseguenza è praticamente impossibile osservare sovrapposizioni di stati macroscopicamente distinti, perché se anche si riuscisse a prepararle (cosa in sé difficile, anche se non vietata dalla teoria) avrebbero una durata troppo breve.

Secondo la teoria della decoerenza, la differenza tra sistemi microscopici e macroscopici sta nel fatto che se i primi si possono isolare bene dall'esterno (cioè la coerenza si mantiene facilmente per un tempo sufficientemente "lungo"), lo stesso non si può dire per i secondi, per i quali invece si deve inevitabilmente tener conto dell'interazione con l'ambiente. Di conseguenza è praticamente impossibile osservare sovrapposizioni di stati macroscopicamente distinti (come il gatto di Schrödinger), perché se anche si riuscisse a prepararleprepararli (cosa in sé difficile, anche sema non vietata dalla teoria) avrebbero una duratavita media troppo breve.

==Esempio numerico==