6.7 Pagkawala ng Pagkakaugnay (Decoherence)

Home ／ Kabanata 6: Larangan ng Kuwantum (V5.05)

I. Penomena at tanong
Ang napakaliit na bagay ay maaaring “umasta na parang alon,” magsapin at lumikha ng mga guhit ng interperensiya. Samantala, ang malalaking bagay ay halos palaging “parang butil,” na dumaraan sa iisang lantad na landas. Kapag isang elektron o isang photon ang dumaan sa dobleng siwang, lumilitaw ang pinong mga guhit; ngunit kapag pinalitan ng maiinit na alikabok o maiinit na malalaking molekula, mabilis na kumukupas ang mga guhit. Kahit ang mga qubit na superconducting na kayang magpanatili ng pagkakaugnay ay nawawalan ng contrast kapag mas malakas ang pagkakakabit sa kapaligiran. Lumilitaw ang pangkaraniwang tanong: kung iisang batas-pisika ang umiiral, bakit “klasikal” ang anyo ng mundong makroskopiko?

II. Paliwanag ng Teorya ng Hiblang Enerhiya: tatlong hakbang kung paano “numinipis” ang pagkakaugnay
Sa unang banggit: inilalarawan ng Teorya ng Hiblang Enerhiya (EFT) na ang anumang bagay na kuwantum ay sumusulong sa “sobre ng pagkakaugnay” habang nagpapalitan ng hakbang sa dagat ng enerhiya. Ayon sa Teorya ng Hiblang Enerhiya, nagaganap ang pagkawala ng pagkakaugnay kapag ang sobreng ito ay bahagyang nakakabit sa kapaligiran, kaya kumakalat at nalalabo ang kaayusan ng yugto (phase order).

• Itinatala ng pagkakakabit sa kapaligiran ang “alin sa mga landas” saanman:
  Ang maliliit na banggaan at pagkalat sa gas, radyasyon, o kislap-kristal ay nag-uukit ng diperensiya ng landas sa maraming antas ng kalayaan ng kapaligiran. Sa wika ng Teorya ng Hiblang Enerhiya, ang kumpol ng mga motif ng yugto ay naipapamahagi sa napakaraming mikro-elemento ng dagat ng hibla at bumubuo ng kalat-kalat na “alaala.”
• Ginagaspang ng ingay-lunsaran na tensor ang mga motif ng yugto:
  Hindi nakahinto ang dagat ng enerhiya; may umiiral na mahina ngunit laganap na ingay na tensor. Sa pagdaan ng oras, ipinapaanod nito ang kamag-anak na mga yugto sa iba’t ibang landas, nagkakadurug-durog ang dating maayos na motif, at ang sobre ng pagkakaugnay ay mula sa “matulis” ay nagiging “mapurol.”
• “Pumipili” ang kapaligiran ng mga pasilyo ng matatag na pagbabasa:
  Sa pangmatagalang interaksiyon, ang mga oryentasyon at pamamahagi na pinakamababa ang sensibilidad sa kapaligiran lamang ang nananatiling buo—ang mga “estado-panturo.” Tumutugma ang mga ito sa mga pasilyong may kaunting gambala at waring mga klasikal na trajektorya.

Bunga: hindi kailangan ang isang tagamasid. Naikalat na sa kapaligiran ang impormasyong pang-yugto; para sa lokal na sistema, natitira ang halong istatistika at naglalaho ang interperensiya. Ganito “lumalabas” ang kuwantum bilang klasikal.

III. Karaniwang mga tanawin (mula mesa ng eksperimento hanggang hanggahan)

• Dobleng siwang na may gas o radyasyong pang-init:
  Dahan-dahang itaas ang presyon o temperatura sa paligid ng mga landas at bababa ang linaw ng mga guhit ayon sa kombinasyon ng presyon, temperatura, at diperensiya ng landas. Paliwanag: nilalagyan ng mga pangyayari ng pagkalat ng “tatak ng landas” ang mga kalapit na butil at photon; lumalabas sa labas ang kaayusan ng yugto kaya kumukupas ang mga guhit.
• Interperensiya ng malalaking molekula at sariling pagbuga:
  Sa mataas na vacuum at mababang temperatura, nagpapakita pa rin ng interperensiya ang C₆₀ at mas malalaking organikong molekula; kapag uminit, “isinisinag” ng kanilang mga thermal photon sa kapaligiran ang impormasyong pang-yugto, kaya humihina ang mga guhit dahil dala ng photon ang diperensiya ng yugto.
• Panahon ng pagkakaugnay ng qubit at pagbangon sa pamamagitan ng echo:
  Sa mga sistemang superconducting o spin, tinatakda ng relaksasyon at pagkapawi-yugto ang “bintana ng pagkakaugnay.” Sa mga teknik na echo o dynamic decoupling, maaaring mahatak pabalik ang bahagi ng nalabong kaayusan ng yugto at muling lumitaw ang interperensiya. Ipinakikita nitong ang pagkawala ng pagkakaugnay ay pagpapalaganap ng impormasyon dahil sa pagkakakabit, hindi ganap na pagbubura.
• Mga eksperimento ng “pang-bura kuwantum”:
  Kung ang impormasyong pang-landas ay dala ng ilang antas ng kalayaan ng kapaligiran, muling lilitaw ang interperensiya sa kaukulang mga kondisyong subset kapag naibura ang rekord na iyon o pinagsama nang hindi na mababasa. Nakasalalay ang pagiging kita ng guhit sa kung maaabot ang impormasyong pang-yugto, hindi sa biglang “pagiging klasikal” ng butil.
• Optomekanika at mga “bintana” ng pagkakaugnay sa biyolohiya:
  Ang mikromekanikal na resonador na pinalamig halos sa batayang estado ay nakakapanatili ng maikling pagkakaugnay; ang masalimuot na mga kompleks para sa fotosintesis ay may napakaliit na “bulsa” ng pagkakaugnay kahit sa mainit at mamasa-masang kapaligiran. Ipinakikita nitong maaaring i-engineer ang pagkakaugnay kung makokontrol ang pagkakakabit at ang ingay-lunsaran.

IV. Mga fingerprint ng eksperimento (paano makikilalang “nagtutumple” ang yugto)

• Sistematikong humihina ang contrast ng guhit habang tumataas ang presyon, temperatura, diperensiya ng landas, at laki ng butil.
• Sa mga hanay na Ramsey at Hahn-echo, makikitang kumukupas ang sobre at muling bumabangon nang bahagya.
• Kapag piling “binura” o “tinatakan” ang impormasyong pang-landas, ang kondisyunal na istatistika ay nagpapakitang muling lumilitaw o tuluyang nawawala ang interperensiya.
• Ang isotropikong ingay kumpara sa may-direksiyong ingay ay nagdudulot ng magkaibang pagdepende sa anggulo sa pagkapawi ng pagkakaugnay.

V. Mabilis na sagot sa karaniwang mga maling akala

• Katumbas ba ng pagkawala ng enerhiya ang pagkawala ng pagkakaugnay?
  Hindi. Pangunahin itong paglabas ng impormasyong pang-yugto; maaaring halos hindi magbago ang kabuuang enerhiya.
• Kailangan ba ng tagamasid para magkaroon ng pagkawala ng pagkakaugnay?
  Hindi. Sapat na ang anumang pagkakakabit na maaaring maitala sa kapaligiran—may tagamasid man o wala—upang maikalat ang yugto.
• Sapat ba ang pagkawala ng pagkakaugnay para ipaliwanag kung bakit nagiging iisang kinalabasan?
  Ipinapaliwanag nito kung bakit hindi na nakikita ang mga superposisyon at kung bakit lumilitaw ang matatatag na estado-panturo. Ngunit upang palakihin ang munting diperensiya tungo sa nababasang resulta, kailangan pa rin ang pagkakakabit, pagsasara, at prosesong alaala ng aparatong pantukoy (tinalakay sa Seksyon 6.4).
• Hindi ba naibabalik ang pagkawala ng pagkakaugnay?
  Sa prinsipyo, kung malilikom at maiurong ang lahat ng rekord sa kapaligiran, maibabalik ang pagkakaugnay. Sa gawaing praktikal, nakakalat ang mga rekord sa napakaraming antas ng kalayaan kaya halos imposible. Ipinakikita ng echo at pagbura ang limitadong kakayahang maibalik.

VI. Buod
Hindi muling isinusulat ng pagkawala ng pagkakaugnay ang mga batas ng kuwantum. Sa halip, ipinapakita nito na kapag ang impormasyong pang-yugto mula sa lokal na sobre ng pagkakaugnay ay kumalat sa malawak na dagat ng enerhiya at sa kapaligiran, naglalaho sa lokal na pananaw ang mga guhit ng interperensiya. Ang pagkakaklasikal sa sukat-makro ay lumilitaw kapag “itinutulak” ang sistema—ng ingay-lunsaran at pangmatagalang multikanal na pagkakakabit—papasok sa mga pasilyong matatag at hindi gaanong sensitibo sa kapaligiran.
Sa isang pangungusap: laganap ang kuwantum; ang nakikita natin ay ang anyo nito matapos ang pagkawala ng pagkakaugnay.