ناهمدوسی یا وادوسی یا واهلش همدوسی چگونه مطرح شد؟
Decoherence که معادل فارسی آن وادوسی، واهمدوسی، ناهمدوسی، واهلشی است که برای همدوسی کیوبیت‌ها رخ می‌دهد. واهمدوسی کوانتومی به از دست دادن همدوسی کوانتومی بین اجزای یک سیستم کوانتومی گفته می‌شود که به دلیل تعامل با محیط رخ می‌دهد. سیستم‌های کوانتومی در برهم‌نهی‌های همدوس از حالت‌ها یا پیکربندی‌های متعدد وجود دارند. وادوسی باعث می‌شود که این همدوسی کوانتومی در طول زمان با تعامل سیستم و درهم‌تنیدگی با محیط کاهش یابد.
مکانیک کوانتومی، در ابتدا برای توصیف خواص سیستم‌های میکروسکوپیک گسترش یافت. با این حال فرمول‌بندی مکانیک کوانتومی به گونه‌ای بود که تمام درجات آزادی را برای سیستم میکروسکوپیک یا ماکروسکوپیک به یک دید نگاه می‌کرد. بر همین اساس بود که مشاهده نکردن خواص کوانتومی در سطح ماکروسکوپیک به یکی از مشکلات غیر قابل حل از دید مکانیک کوانتومی تبدیل شد؛ تا آنجا که به موضوع تبدیل دنیای کوانتومی به کلاسیکی به عنوان یک موضوع فلسفی نگاه می‌شد تا فیزیکی. در برداشت کُپنهاگی از کوانتوم، سیستم کلاسیکی و کوانتومی دو سیستم جدا از هم در نظر گرفته می‌شود و از صحبت در مورد مرز بین این دو به طور زیرکانه‌ای عبور می‌کنند. کپنهاگن با استفاده از اصل موضوع اندازه‌گیری مکانیک کوانتومی، تبدیل دنیای کوانتوم به کلاسیک را یک جعبه سیاه می‌دانست که نه از چگونگی اندازه‌گیری سیستم و نه از چگونگی ناپدید شدن رفتار کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپیک خبر می‌داد. این مشکل در متناقض‌نمای گربه‌ی شرودینگر به خوبی مشهود است. این آزمایش فرضی، یک گربه (سیستم ماکروسکوپیک) را در نظر می‌گیرد که دو حالت زنده و مرده دارد. سیستم گربه با یک اتم رادیو اکتیو برهم کنش داده می‌شود و پس از مدتی تابع حالت سیستم گربه، در اثر درهم‌تنیدگی با اتم، به صورت برهم‌نهی حالت زنده و مرده در می‌آید.
اینکه چرا برهم‌نهی دو حالت زنده و مرده یک گربه را در مقیاس ماکروسکوپیک نمی‌توان مشاهده کرد، مساله‌ای بود که تا اواخر دهه 1980 میلادی حل نشد؛ زمانی که آقای زورِک با استفاده از نظریه وادوسی (واهلش همدوسی) نشان داد که گربه شرودینگر فقط از نظر احتمالی و نه به لحاظ کوانتومی دارای دو حالت زنده و مرده است. او با این نظریه نشان داد که ماتریس چگالی کاهش‌یافته‌ی یک سیستم، که در برهم‌کنش با تعداد زیادی از درجات آزادی محیط اطرافش است، بعد از مدت بسیار کمی از زمان همدوسی، به صورت قطری در می‌آید. قطری بودن ماتریس چگالی کاهش‌یافته یک سیستم، نشان از کلاسیکی بودن آن است. با یک مثال، تفاوت یک سیستم دو حالته که به صورت کوانتومی رفتار کند یا به طور کلاسیکی رفتار کند را با نمایش ماتریس چگالی کاهش‌یافته آن توضیح می‌دهیم.
مثال وادسی
ماتریس چگالی کاهش‌یافته‌ی یک اتم دو ترازه که در حالت
حالت اتم دو ترازی
قرار دارد و هنوز همدوسی خود را حفظ کرده است، به صورت زیر است:
ماتریس چگالی
اما ماتریس چگالی کاهش‌یافته یک سکه متقارن، که کلاسیکی رفتار می کند، به صورت زیر است که یک ماتریس قطری است:
ماتریس چگالی کاهش‌یافته یک سکه متقارن
وادوسی کوانتومی از چه زمانی مورد توجه قرار گرفت؟
از آنجاییکه در زمان مطرح شدن نظریه وادوسی (واهلش همدوسی)، نیازی به مشاهده خواص کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپیک دیده نمی‌شد، به این نظریه بهای زیادی داده نشد؛ تا اینکه نیاز به ساخت رایانه‌ی کوانتومی و حفظ همدوسی کوانتومی در مدت زمان معین برای انجام محاسبات کوانتومی باعث شد تا بررسی عوامل ایجاد وادوسی روی سیستم‌های کوانتومی و چگونگی کاهش آن، به مساله‌ای بسیار مهم تبدیل شود.
چند نکته کلیدی در مورد ناهمدوسی کوانتومی
– ناهمدوسی یا وادوسی کوانتومی توضیح می‌دهد که چرا ما تمایل به مشاهده حالت‌های معین به جای برهم‌نهی‌ها در سطح ماکروسکوپی داریم. فعل و انفعالات به سرعت همدوسی بین حالات برهم‌نهیده را از بین می‌برند.
– ناهمدوسی یا واهمدوسی یک فروپاشی واضح از تابع موج و مخلوط احتمالاتی (probabilistic mixture) حالت‌های سازگار با فیزیک کلاسیک را القا می‌کند. برهم‌نهی‌های همدوس به مخلوط‌های ناهمدوس از حالت‌ها تبدیل می‌شوند.
– وادوسی به دلیل درهم‌تنیدگی بین سیستم و محیط رخ می‌دهد. ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی روابط فاز همدوس را در برهم‌نهی مختل می‌کند.
– فرآیند را می‌توان به عنوان یک انتقال اطلاعات در مورد حالت سیستم به محیط مشاهده کرد. این اطلاعات غیر قابل دسترس می‌شود و همدوسی از بین می‌رود.
– نرخ ناهمدوسی به قدرت تعامل سیستم و محیط بستگی دارد. جفت‌شدگی قوی‌تر به محیط منجر به ناهمدوسی سریع‌تر می‌شود.
– همدوسی کوانتومی و برهم‌نهی‌ها را می‌توان با جداسازی سیستم از محیط حفظ کرد. این یک چالش کلیدی در محاسبات کوانتومی است.
مطلب خوبی است