量子デコヒーレンス
量子状態間の干渉(遷移確率、状態の重ね合わせ)の減衰時間ΤDの事であり、一般的に力学的な運動の減衰時間ΤRより短い。例えば、温度300 K・質量1 gの巨視的な物体が、1 cmだけ離れた量子状態を持つとする。つまり
Ψ = |x = 0⟩ + |x = 1 cm⟩。
この場合、ΤD/ΤRは10乗程度となる。 力学的な減衰時間ΤRが宇宙年齢(約1.4×10 s)ほどだったとしても、量子干渉は1×10 s程度で崩壊する。(Zurek 1984他)
この様に、巨視的な物体が熱的な環境に曝されている場合、その環境効果が微弱であろうとも、物体の「巨視的に異なる」量子状態の重ね合わせは簡単に破壊される。
量子力学における物体の波動性、状態の重ね合わせという奇妙な性質は、数学的にはユニタリ性(unitarity)という言葉で置き換えられる。
A.O.CaldeiraとA.J.Leggettは、熱的環境に浸された一つの調和振動子(ばね振り子)がユニタリ性を失う事を理論的に示した。熱的環境としては無数の調和振動子を用い、古典的にブラウン運動(揺動散逸定理)を再現するような物である。初期状態でガウス型波動関数の対を用意すると、それぞれの波束中心(平均値)は古典的な減衰調和振動を行い、波束幅は揺動散逸定理を再現する。
それら2つの波束の間の量子干渉は、無環境の場合、2つが接触すれば強くコサイン型の振動を生じる(これは2重スリット実験における干渉縞そのものである)。ところがこのような「摩擦」が存在する系では量子干渉が強く減衰する事が考えられている。 (A.O.Caldeira and A.J.Leggett. Phys.Rev.A 31 1059-1066 (1985))
量子干渉はユニタリ性から来るため、この結果は系がユニタリ性を失った事を示している。
ここで用いられた手法はFeynman-Vernonの影響汎関数法と呼ばれ、熱的環境の自由度を平均化して対象となる系の振舞いを記述する。これは古典的ランジュバン方程式をニュートン方程式から導出する際に用いられた粗視化操作と同等である。それゆえにその操作によって系のユニタリ性が破れたとも解釈できる。