۶٫۷ واگسیختگیِ همدوسی کوانتومی

خانه ／ ۶. حوزهٔ کوانتومی

نخست پدیده‌ها و پرسشِ اصلی

در مقیاس‌های کوچک، سامانه‌ها می‌توانند در هم‌نهی قرار گیرند و تداخل بسازند؛ اما سامانه‌های بزرگ تقریبًا همیشه از یک مسیرِ به ظاهر کلاسیک می‌گذرند. یک الکترون یا فوتونِ تنها، در آزمایشِ دو شکاف، نوارهای تداخلیِ ظریف پدید می‌آورد، ولی غبارِ گرم یا مولکول‌های بزرگ این نوارها را به‌سرعت می‌شوید. حتی کیوبیت‌های ابررسانا نیز هرگاه پیوندشان با محیط افزایش یابد، کنتراست را از دست می‌دهند. بنابراین می‌پرسیم: اگر قوانین یکی است، چرا جهانِ ماکروسکوپی کلاسیک به نظر می‌رسد؟

دوم خوانشِ نظریهٔ رشته‌های انرژی، سه سازوکار برای رقیق شدنِ همدوسی

در این خوانش، شیءِ کوانتومی در «دریای انرژی» پیش می‌رود و «پوشِ همدوسی» را که به نوبت منتقل می‌شود، با خود می‌بَرَد. واگسیختگی زمانی رخ می‌دهد که این پوش با محیط پیوند بخورد و نظمِ فاز به بیرون نشت کند و مرزهایش کدر شود.

• پیوند با محیط، نشانِ «مسیر» را در جای‌جایِ پیرامون می‌نویسد. برخوردها و پراکندگی‌ها با گاز و تابش و شبکهٔ بلوری، تفاوتِ مسیرها را در درجه‌های آزادیِ گوناگون ثبت می‌کنند؛ به‌این‌ترتیب، نقشِ فاز روی ریز‌واحدهای دریای انرژی پخش می‌شود و «یاد»ی پراکنده بر جا می‌گذارد.
• نویزِ پس‌زمینهٔ کشش، نقشهٔ فاز را پرزدار می‌کند. دریا ساکن نیست؛ نویزِ فراگیرِ کشش با گذرِ زمان اختلافِ فازِ مسیرها را می‌راند، الگوی منظم را می‌گسلد و پوش از تیزی به کُندی می‌گراید.
• محیط، گذرگاه‌هایی را که خواندنِ پایدار دارند برمی‌گزیند. با برهم‌کنشِ درازمدت، تنها جهت‌گیری‌ها و توزیع‌هایی می‌مانند که نسبت به محیط حساسیتِ کمتری دارند؛ این‌ها «حالت‌های نشانگر»اند و به گذرگاه‌هایی با برهم‌زدگیِ اندک می‌مانند که شبیهِ مسیرهای کلاسیک دیده می‌شوند.

نتیجه روشن است: ناظری لازم نیست. اطلاعاتِ فاز از پیش به محیط رفته و در سامانهٔ محلی تنها آمارِ آمیخته باقی مانده است؛ پس الگوی تداخل از دید می‌افتد. این همان راهی است که در آن کوانتومی، کلاسیک به نظر می‌آید.

سوم صحنه‌های نماینده، از میزِ آزمایش تا مرزِ پژوهش

• دو شکاف در حضورِ گاز یا تابشِ گرمایی: با افزایشِ فشار یا دما نزدیکِ مسیرها، وضوحِ نوارها طبق رابطه‌ای منظم (با اتکا به فشار و دما و جداییِ مسیر) کاهش می‌یابد؛ زیرا رخدادهای پراکندگی، «برچسبِ مسیر» را در حالتِ ذرات و فوتون‌های پیرامونی می‌نویسند و نظمِ فاز به بیرون می‌ریزد.
• تداخلِ مولکول‌های بزرگ و گسیلِ خودبه‌خود: فولرنِ سی۶۰ و مولکول‌های آلیِ بزرگ‌تر، در خلأِ بالا و دمای پایین تداخل می‌کنند؛ با گرم‌شدن، تابشِ گرماییِ خودِ مولکول اطلاعاتِ فاز را به محیط می‌بَرَد و کنتراست کم می‌شود.
• زمانِ همدوسیِ کیوبیت و بازآوری با اکو: در سامانه‌های ابررسانا یا اسپین، وارفتگی و نابسامانیِ فاز، زمانِ همدوسی را محدود می‌کنند؛ «اکو» و گسستِ پویای پیوند، بخشی از نظمِ فاز را بازمی‌گردانند و نوارها دوباره پدیدار می‌شوند. پس واگسیختگی یعنی گسترشِ اطلاعات از راهِ پیوند، نه نابودیِ نظم.
• ممحایِ کوانتومی: اگر محیط اطلاعاتِ مسیر را حمل کند، حذفِ این اطلاعات یا دیدنِ آن به‌صورتِ یک‌کاسه، تداخل را در زیرنمونه‌های شرطی بازمی‌گرداند؛ بنابراین پیدایشِ نوارها به خواناییِ اطلاعاتِ فاز وابسته است، نه به «کلاسیک شدنِ ناگهانیِ» ذره.
• پنجره‌هایی در اپتومکانیک و زیست‌سامانه‌ها: رزونانسورهای میکرومکانیکی که نزدیکِ حالتِ پایه سرد می‌شوند، همدوسی را برای اندکی نگاه می‌دارند؛ و مجتمع‌های فتوسنتزی در محیطی گرم و نمناک، جیب‌های کوچکی از همدوسی را حفظ می‌کنند. با مهارِ پیوند و نویزِ پس‌زمینه، می‌توان همدوسی را مهندسی کرد.

چهارم نشانگانِ آزمایشی برای «کُند شدنِ» فاز

• افتِ منظمِ وضوحِ نوارها با افزایشِ فشار و دما و فاصلهٔ مسیر و اندازهٔ ذره.
• کاهش و بازجهشِ پوش در دنباله‌های رَمزی و «اکوی هان».
• پیدایش یا ناپدیدیِ نوارها در آمارِ شرطی پس از «نشان‌گذاری» یا «زدودنِ» انتخابیِ اطلاعاتِ مسیر.
• تفاوتِ وابستگیِ زاویه‌ایِ آهنگِ واگسیختگی میان نویزِ همسانگرد و نویزِ جهت‌دار.

پنجم پاسخ‌های کوتاه به بدفهمی‌های رایج

• آیا واگسیختگی یعنی از دست‌رفتنِ انرژی؟ نه؛ نخست انتقال و پخشِ اطلاعاتِ فاز است و انرژی می‌تواند تقریبًا ثابت بماند.
• آیا ناظر شرطِ لازم است؟ نه؛ هر پیوندِ قابلِ ثبت با محیط، اطلاعاتِ فاز را پخش می‌کند، با ناظر یا بی‌ناظر.
• آیا واگسیختگی نتیجهٔ واحدِ هر اندازه‌گیری را توضیح می‌دهد؟ ناپدیدشدنِ هم‌نهی و پیدایشِ حالت‌های نشانگر را توضیح می‌دهد، اما برای رساندنِ تفاوت‌های کوچک به «خوانشِ آشکار»، هنوز به فرایندهای دستگاه—پیوند، بستنِ مدار، و حافظه—نیاز داریم.
• آیا برگشت‌ناپذیر است؟ از نظرِ اصل، اگر همهٔ ثبت‌های محیط گردآوری و وارونه شوند می‌توان همدوسی را بازساخت؛ در عمل چون ردها در درجه‌های آزادیِ فراوان پخش‌اند، وارونگی محدود است؛ همان‌گونه که اکو و ممحا نشان می‌دهند.

ششم جمع‌بندی

قوانینِ کوانتومی عوض نمی‌شوند؛ واگسیختگی نشان می‌دهد هرگاه اطلاعاتِ فاز از «پوشِ محلی» به «دریای انرژی» و محیط روانه شود، نقشِ هم‌نهی در مقیاسِ محلی هموار می‌نماید. نویزِ پس‌زمینهٔ کشش و پیوندهای چندگانه، سامانه‌ها را به گذرگاه‌های کم‌حساس‌تر نسبت به محیط می‌رانند. یک جملهٔ فشرده: کوانتومی همه‌جا هست و کلاسیک صورتِ ظهورِ آن پس از واگسیختگی است.