量子脱散

量子力学术语

脱散现象，根据当前的看法，主要是因为所观注的“系统”（比如所在意的粒子或各种形式的量子位元）与“环境”——一个大非常多的量子系统——的相互作用会导致相位信息的丧失（主要会发生量子缠结，quantum entanglement）。当两者相互作用时，在能量上会出现随机扰动的热交换，而相位信息上就会因随机扰动而发生脱散，常用的模型是量子布朗运动。若以密度算符表示型写出“系统”量子态，可以发现脱散所造成的影响就是非对角线元素随时间变而为零。

名词解释

量子脱散（或译量子退相干）指的是一量子系统状态间相互干涉（interference）的性质随着时间逐步丧失；常举的例子是“薛定谔的猫”状态。

薛定谔的猫状态可以两个高斯波包代表，可以看到两者的相干涉项会随时间指数衰退到零（e^(-t/Τ2)；所定时间常数为T2），而变成两个独立不相干的波包单纯相加之和。以微观（microscopic）粒子双狭缝实验来说明，在脱散之前干涉项会造成观测上见到变动剧烈的亮暗波纹，显示出粒子亦具有波动特性（见波粒二象性）；脱散之后，剩下两个独立的波包相加，犹如宏观（macroscopic）下典型物体，比如子弹之连续发射，累积结果为各自通过两狭缝之和。这也是为什么目前主流信念采信脱散现象是日常生活世界呈现典型模式的原因之一，另外的理由则和普朗克常数（Planck constant）的值很小有关。

观察者施行

脱散现象不仅仅是因环境存在所自发而生，当观察者进行量子测量时，也会发生不同程度的脱散——完全的信息获取（投影式测量，projective measurement），会导致完全的脱散；而透过量子非毁坏性测量（qunatum non-demolition, QND, measurement）以达部分的信息获取，脱散程度上就会是部分的。

与量子信息科学

脱散现象对量子信息科学的影响可粗按其两大内容来说明。一是量子计算，另一是量子通信。我们知道在量子信息科学中，量子系统的状态含藏着信息的意义。量子脱散会使我们所在意的系统出现信息部份或完全丧失的结果，因此在量子计算上会造成计算结果出现误差干扰；而在量子通信上，一个环境充满扰动的信息传递通道（channel），在通道末端的收受者则有收到噪声及错误讯息的可能，需要除错系统如编码方法之协助。

与人类意识

打从量子力学发展，部份物理学家就对于量子力学与人类意识的关联性提出理论方案。后来在量子信息科学兴起后，亦有科学家认为人脑是量子计算机，或者和量子信息相关效应有某种牵连，其中罗杰·彭罗斯爵士是代表之一，认为大脑意识与微导管中的量子引力效应有关。然若涉及量子计算，则量子脱散成为估算理论可能性的一项指标。在2002年《物理评论E》[1]中估算出量子脱散时间远短于神经元动作时间，暗示量子信息在脑部运作过程中应该是无足轻重的。

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