6.7 Dekoherensi

Nyumbani ／ Sura ya 6: Eneo la kwanta (V5.05)

I. Jambo na swali la msingi
Vitu vidogo sana vinaweza “kujitenda kama mawimbi”: huwekana na kutengeneza michoro ya kuingiliana. Vitu vikubwa karibu kila mara “kama chembe” hufuata njia moja iliyo wazi. Elektroni moja au fotoni moja kwenye jaribio la mpasuko-miwiwili hutokeza mistari myembamba; lakini ukivitumia vumbi joto au molekuli kubwa zilizopashwa joto, mistari hiyo hufifia haraka. Hata vibiti vya usuperileta vinavyoweza kudumisha mwafaka hupoteza utofautishaji pindi tu muunganiko na mazingira unapoongezeka. Hivyo basi huibuka swali: ikiwa sheria zilezile za fizikia zinatawala, kwa nini ulimwengu wa ukubwa mkubwa unaonekana “wa kikalasia”?

II. Ufafanuzi wa Nadharia ya Nyuzi za Nguvu: njia tatu zinazofanya mwafaka “upungue”
Kutajwa kwa mara ya kwanza: Nadharia ya Nyuzi za Nguvu (EFT) huona kila kifaa cha kvanti kinachosafiri kama “bahasha ya mwafaka” inayopokezana hatua ndani ya bahari ya nguvu. Kwa mujibu wa Nadharia ya Nyuzi za Nguvu, dekoherensi hutokea pale bahasha hii inapounganishwa kwa udhaifu na mazingira, na mpangilio wa awamu (phase) huenea na kusukwa.

• Muunganiko na mazingira huandika kumbukumbu za “njia ipi” kila mahali:
  Migongano midogo na usambazaji na gesi, mionzi au wavu wa fuwele huacha tofauti za njia katika madaraja mengi ya uhuru ya mazingira. Kwa lugha ya Nadharia ya Nyuzi za Nguvu, vifungu vya miundo ya awamu husambazwa kwa vipengele vingi vidogo vya bahari ya nyuzi na kutengeneza “kumbukumbu” iliyo tawanyiko.
• Kelele ya mandhara ya tensor husababisha miundo ya awamu kuwa mb粗:
  Bahari ya nguvu si tulivu; kuna kelele dhaifu lakini iliyopo kila mahali ya aina ya tensor. Kadiri muda unavyosonga, kelele hii husukuma mbali tofauti za awamu kati ya njia; miundo iliyokuwa imepangwa huvunjika, na bahasha ya mwafaka hubadilika kutoka “makini” hadi “butu”.
• Mazingira “huchagua” koridori za usomaji thabiti:
  Katika mwingiliano wa muda mrefu, huendelea tu mielekeo na mgao ambao hauko nyeti sana kwa mazingira — hizi ndizo hali kiashiria (pointer states). Zinawakilisha koridori za usumbufu mdogo na hujitokeza kama trajektria za kikalasia.

Matokeo halisi: si lazima kuwe na mtazamaji mwanadamu. Taarifa ya awamu tayari imetawanyika kwenye mazingira; kwa mtazamo wa mfumo wa karibu hubaki takwimu mchanganyiko, na mchoro wa kuingiliana hutoweka. Hivyo ndivyo uhalisia wa kvanti “unavyoingia jukwaani” ukiwa wa kikalasia.

III. Mikutano ya kawaida (kutoka benchi ya maabara hadi mstari wa mbele)

• Mpasuko-miwiwili ukiambatana na gesi au mionzi ya joto:
  Ukiongeza polepole shinikizo au joto karibu na njia, uwonekanaji wa mistari hupungua kwa utaratibu kulingana na mchanganyiko wa shinikizo, joto na tofauti ya njia. Ufafanuzi: matukio ya usambazaji huwekea chembe na fotoni jirani “lebo ya njia”; mpangilio wa awamu huvujia nje, hivyo mistari huzima.
• Uingiliani wa molekuli kubwa na utoaji wa mwanga wa hiari:
  C₆₀ na molekuli kubwa zaidi za kikaboni huonyesha uingiliani kwenye utupu wa juu na joto la chini; zikipashwa joto, fotoni za joto zinazotoka huzipeleka taarifa ya awamu kwenye mazingira, hivyo mistari hudhoofika kwa kuwa fotoni hizo hubeba tofauti ya awamu.
• Muda wa mwafaka wa vibiti na urejeshaji kwa mbinu ya ekho:
  Katika mifumo ya usuperileta au spini, kulegea na kupotea-awamu huweka “dirisha la mwafaka”. Mbinu za ekho au ugawanyaji wenye mienendo zinaweza kurudisha sehemu ya mpangilio wa awamu uliosukwa, na uingiliani hujitokeza tena. Hii yaonyesha kuwa dekoherensi ni ueneaji wa taarifa unaosababishwa na muunganiko, si ufutaji kamili.
• Majaribio ya aina ya “kifutio cha kvanti”:
  Kadiri madaraja ya uhuru ya mazingira yanapobeba rekodi ya njia, kuifuta rekodi hiyo — au kuiunganisha kiasi isipate kusomeka — hurudisha uingiliani katika sehemu zinazochaguliwa kwa masharti. Uonekanaji hutegemea upatikanaji wa taarifa ya awamu, si chembe “kubadilika ghafla kuwa ya kikalasia”.
• Optomekanika na “madirisha” ya mwafaka katika baiolojia:
  Rezoneta ndogo za kimitambo zilizopozwa karibu na hali ya msingi zinaweza kuhifadhi mwafaka kwa muda mfupi; makundi changamano ya usanisinuru hudumisha “mifuko” midogo sana ya mwafaka hata katika mazingira ya joto na unyevunyevu. Haya yanaonyesha kuwa mwafaka unaweza kudumishwa kiteknolojia tukidhibiti muunganiko na kelele ya mandhara.

IV. Alama za majaribio (jinsi ya kutambua awamu “inavyobutu”)

• Utofautishaji wa mistari hupungua kwa utaratibu kadiri shinikizo, joto, tofauti ya njia na ukubwa wa chembe vinavyoongezeka.
• Mfuatano wa Ramsey na Hahn-echo huonyesha bahasha inayodidimia na urejeshaji wa sehemu.
• Baada ya “kufuta” au “kutiwa lebo” taarifa ya njia kwa kuchagua, mistari hujitokeza tena au hutoweka katika takwimu za masharti.
• Kelele izotropia ikilinganishwa na kelele yenye mwelekeo hutoa utegemezi tofauti wa pembe katika kudidimia kwa mwafaka.

V. Majibu mafupi kwa dhana potofu za kawaida

• Je, dekoherensi ni sawa na upotevu wa nishati?
  La. Kwanza ni utoaji wa nje wa taarifa ya awamu; nishati jumla inaweza kubaki karibu ileile.
• Je, dekoherensi huhitaji mtazamaji?
  Hapana. Muunganiko wowote unaoweza kurekodiwa na mazingira unatosha kusambaratisha awamu — uwepo wa mtazamaji si sharti.
• Je, dekoherensi pekee huonyesha kwa nini hutokea matokeo moja?
  Inaeleza kwa nini jumlisho la hali halionekani tena na kwa nini zinatokea hali kiashiria thabiti. Hata hivyo, kukuza tofauti ndogo iwe matokeo yanayosomeka bado kunahitaji muunganiko, ufunikaji na michakato ya kumbukumbu ya kifaa cha kipimo (tazama Sura 6.4).
• Je, dekoherensi haiwezi kurejelewa?
  Kimsingi, mwafaka unaweza kujengwa upya tukikusanya na kugeuza rekodi zote za mazingira. Kiutendaji ni karibu haiwezekani kwa kuwa rekodi zimetapakaa katika madaraja mengi ya uhuru. Ekho na “ufutaji” vinaonyesha urejelevu ulio mdogo.

VI. Kwa muhtasari
Dekoherensi haiandiki upya sheria za kvanti. Inaonyesha kuwa taarifa ya awamu kutoka kwenye bahasha ya mwafaka ya karibu inapodifundia katika bahari kubwa ya nguvu na kwenye mazingira, michoro ya kuingiliana hutoweka kwenye mtazamo wa karibu. Uklasiasia wa ukubwa mkubwa hutokea wakati mifumo — ikiendeshwa na kelele ya mandhara na miunganiko ya muda mrefu yenye njia nyingi — “inaelekezwa” kwenye koridori thabiti zisizo nyeti kwa mazingira.
Sentensi moja ya msingi: kvanti imo kila mahali; kikalasia ndilo sura yake baada ya dekoherensi.