量子退相干（decoherence）和量子測量的坍縮有關聯嗎？

12-31

以前在知乎看了一個答案還是評論，大概內容就是量子測量的坍縮可以用退相干解釋，可以把坍縮的過程看成是系統和環境相互作用下波函數按照薛定諤方程的演化。
　　今天查了一下退相干的ｗｉｋｉ，覺得好像沒什麼關係啊，退相干似乎只研究純態如何在環境作用下變成混態的問題，而沒涉及塌縮什麼的。
　　是以訛傳訛嗎？

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　我對約化密度矩陣的理解：

　　比如一個雙粒子態， $a_{00}|0 angle_A|0 angle_B+a_{01}|0 angle_A|1 angle_B+a_{10}|1 angle_A|0 angle_B+a_{11}|1 angle_A|1 angle_B$ .考慮一個作用在A上的力學量 $M_A$ ， $M_A$ 的本徵矢量為 $|0 angle_A$ 和 $|1 angle_A$ ，對應的本徵值是m和n。一個 $|alpha angle_A|eta angle_B$ 態在經過測量後，可能塌縮到 $|0 angle_{AA}langle0|alpha angle_A|eta angle_B$ 除以歸一因子態，或者 $|1 angle_{AA}langle1|alpha angle_A|eta angle_B$ 除以歸一因子態，概率分別為 $_Blangleeta|otimes _Alanglealpha|0 angle_{AA}langle0|alpha angle_Aotimes |eta angle_B$ （這裡因為式子比較複雜，所以加上了直積符號 $otimes$ ，其他地方都省略了）或者 $_Blangleeta|otimes _Alanglealpha|1 angle_{AA}langle1|alpha angle_Aotimes |eta angle_B$ ，因為 $|eta angle_B$ 未必是歸一的，所以不能直接用 $_Blangleeta|eta angle_B=1$ 消去。
利用上面的公式，可以得到 $a_{00}|0 angle_A|0 angle_B+a_{01}|0 angle_A|1 angle_B+a_{10}|1 angle_A|0 angle_B+a_{11}|1 angle_A|1 angle_B$ 有.........

Why not check this?The Role of Decoherence in Quantum Mechanics (Stanford Encyclopedia of Philosophy)

其實在上quantum information相關的課的時候令我最驚訝的是學界相信MWI的人不少

做幾點說明：

1 沒有真正經典的東西，everything is quantum（原始的Copenhagen其實帶有「經典是先驗性的」的這種色彩的假設，這是非常不自然的）

2 測量過程是一個多體系統的演化，或者說環境和被考慮的系統的相互作用

3 首先應該做語義學上的區分，decoherence解釋的是系統由純態eg EPR state向經典態的演化，粗略的說是density matrix中非對角項的消失，這可以被理論計算和實驗驗證，我們課上是用一個冷原子裡面的體系模擬了貓態向經典態的演化過程(fragmented BEC大概)（以後有時間補充），換句話說，decoherence解釋了為什麼會有經典的東西

4 在這基礎之上，我們還需要一個interpretation來補充為什麼測量的結果是某一個經典態，而非decoherence得到的所有的經典態的疊加

MWI：每一個世界（經典態）都是真實的世界，世界就是任性（Saionji Sekai：怪我咯）

Copenhagen type：剩下的事情不要問！再問？哼~你就是哲學家~

此外還有認為接下來需要的實際上也是動力學過程，唔這個我不太了解

（其實我個人相信的是應該有一種基於path integral的詮釋，但沒有具體的想法）

總結一下，如樓上所言，我們不必再用塌縮（in von Neumann"s sense）這種奇怪的概念啦，這對measurement problem是一個很大的進步，而這得益於凝聚態物理和量子光學的發展（哈哈，有沒有人要和我argue冷原子不屬於凝聚態呢），在二三十年代這是無法想像和justify的事情，而Copenhagen作為權宜之計（我的回答就是不回答！）已經很好的完成了它的歷史使命

另一方面，任何一個理論都是需要interpretation的，因為都需要做syntax 和semantics的劃分，一個單純的只包含數學計算的框架缺乏和現實（what is physical reality哈哈，這又是一個問題）的聯繫，這包括經典物理，而對經典物理的詮釋深入人心，以至於我們往往忘記了它的存在

經典物理改變了人們的世界觀（如果你對歷史比較了解的話會發現決定論對人們的認知的影響是非常深遠的），而活在電子時代的我們恐怕無法想像，當真正的量子世代來臨的時候，人們會習慣於怎樣的範式進行思考

以上

退相干是坍縮的替代解釋。

最簡單的電子雙縫干涉的例子里，如果我們在縫處進行測量（例如說放置一個光源），那麼干涉條紋會變回經典概率疊加。

哥本哈根詮釋對這個過程的解釋是，我們在縫處引入的測量令波函數塌縮以一定概率為A縫和B縫兩種之一（而非兩種的相干疊加），他們的復相位差信息在這個過程中丟失了。

而退相干理論的解釋是，我們進行測量的過程，實質上是引入了環境（在這個例子里即光源）和電子的耦合，這個耦合同樣會使電子復相位信息丟失（在只關注電子而不管被散射的光子的意義下丟失），於是干涉條紋變成經典疊加。

兩個解釋最大的區別是，退相干解釋避免了量子力學幺正演化的破壞，把所謂「測量」過程的超越薛定諤方程的特權取消了，可謂大快人心。不過目前為止有沒有可判別兩種解釋的實驗被設計出來，還要等專業人士回答。

1，純態是描述封閉系統的量子態，混態是描述開放體系的量子態。除此以外，純態可以用希爾伯特空間的向量來描述，也可以用密度矩陣來描述，而混態只能用密度矩陣來描述，所以據此可以判斷，疊加態是純態。

2，測量是導致量子體系退相干的一種物理根源，同樣的，與環境的糾纏也是退相干的物理根源。但是無論哪一種，與體系產生糾纏是退相干的前提。而所謂測量，其實就是一個糾纏純態到混態的過程，即密度矩陣的非對角元(相干項)隨時間消減的過程，或者說成是，由量子概率到經典概率的過渡。

3，當量子體系作為開放系統與環境發生糾纏從而導致退相干時，量子體系只能由密度矩陣描述，其演化一般也不再是幺正的，而且演化過程用主方程來描述，不是薛定諤方程。

4，測量的塌縮應該從系綜的角度來理解，即對大量同一體系的同一純態進行重複測量，純態的系綜經過量子退相干變成混態的系綜(以一定概率分布的塌縮純態)。之所以有人說退相干並沒有解決測量問題原因在於，一次測量的結果是一個確定的輸出，然而退相干即便導致相干項的消減，最終也只能給出一個經典的概率分布。

把酒黃昏後（作者）回復zhhoo

站在更宏觀的視角看，一切學術思想都是等價同胚的，有興趣你可以了解下「王陽明心學」，王陽明的「心外無物」這一說，其中對物的解釋和量子退相干非常相似，站在相對宏觀的視角看，這些都是殊途同歸的，平行宇宙論，在某種視角下亦是正確的

爵士貓

答的好，世界就起始於人的自我意識之開始。人的意識原處於量子世界狀態，意識已分別，就進入了波函數坍塌，就有了宏觀世界的邊界，就有了文明。人的意識，就符合波幾率，就是佛學的空性。平行世界，多世界理論，只能在解釋量子狀態中有效，進入宏觀物理世界就失效了。退相干理論，應是量子狀態到宏觀世界的邊界，如何確定的理論。波函數坍塌，其實就是量子狀態的轉向過程，退相干過程就確定了宏觀世界。所以，退相干理論是可以用物理實驗進行檢驗。平行世界，多世界理論，因為處於量子狀態，不能用物理實驗進行檢驗。

量子力學的開創者之一，埃爾文·薛定諤在1952年曾經說：「我們從來不用單個的電子、原子或是分子做實驗，我們只在思維實驗中這樣做，這總是會導致荒謬的結果。」這種結果，就是物理學家們至今也無法理解的微觀量子現象，比如量子「疊加態」，一個微觀粒子可以同時處於兩種狀態，而當它被「觀測」，或者與周圍的環境發生接觸時，疊加態則會消失，而變成某種單一的經典狀態。觀察到一個微觀粒子在未被打擾的情況下同時具有兩種狀態，或是同時出現在兩個地方，這正是薛定諤說的「荒謬」的結果。

2012年10月9日，來自法蘭西學院的法國科學家賽爾日·阿羅什（Serge Haroche）和來自美國國家標準與技術研究所與科羅拉多大學的美國科學家大衛·維因蘭德將分享2012年的諾貝爾物理學獎獎金。2012年的諾貝爾物理學獎最終落在了量子光學領域。兩位實驗物理學家——阿羅什與維因蘭德通過「開創性的實驗方法使得測量與操縱單一的量子系統成為可能」，因而贏得諾貝爾物理學獎。這兩位科學家以兩種相對應的方式，通過實驗研究光與物質相互作用的量子過程，體現了人類在微觀領域操控能力的最高水平，同時，這些技術潛在的應用前景也為人類社會的未來開創了各種可能。

維因蘭德領導的研究小組第一個通過實驗實現了利用兩個量子比特進行計算，為了實現這兩點，在極低的溫度下，維因蘭德通過激光脈衝作用於被周圍電磁場困住的處於疊加態的粒子來讀取它的狀態，同時又可以不破壞這種疊加態。這種實驗即使在十幾年前也會被認為是只有在科幻小說中才能實現，現在則成為現實。這不僅是維因蘭德研究組高超實驗手段的體現，同時也依賴近年來通過電磁場捕獲粒子技術、激光冷卻原子技術和光學相干理論研究的進步。

阿羅什構建了一個光學腔來限制單個光子的活動，在接近絕對零度的溫度下，阿羅什布置了兩個距離只有幾厘米的閃亮的超導體鏡子，單個的光子在進入這個光學腔之後，將會被限制在這個光學腔中長達0.1秒，之後才會逃離或是被吸收。

為了研究光子的量子態，阿羅什利用一種叫作里德伯原子的特殊原子進行探測。麵包圈形狀的里德伯原子體積比一般原子大上千倍，它對於電磁場的變化又極其敏感。在光子逃離光學腔或是被吸收之前，里德伯原子以一個特定的速度一個接一個地進入這個光學腔，與光子發生相互作用，形成一種糾纏態。因此，當這些原子離開光學腔時，它們的量子態發生了改變，因此，通過測量這些原子狀態的變化，人們就可以了解光學腔內光子的狀態，計算其中光子的數目，並且了解它從量子態到經典狀態的轉變過程。

本人目前看退相干就是量子測量或者說糾纏 =塌縮，努力證明中

辨析概念：本徵態和純態？這是我之前查找資料的時候看到一個很不錯的討論，我還是小白，希望大家一起來評判