Réduction du paquet d'onde - Décohérence quantique

[corentinca]

Bonjour,

J'ai un petit problème concernant les notions de réduction du paquet d'onde et de décohérence quantique.


Ce que j'ai compris, c'est que la décohérence fait partie de la réduction du paquet d'onde.

Au départ, on a une superposition quantique qui est la somme de plusieurs résultats de mesure possibles.
Après décohérence, on a toujours ces résultats possibles, mais ils ne sont plus superposés. Ils sont devenus indépendants les uns des autres. Cette indépendance sera donc due à un déphasage des fonctions d'onde les une par rapport aux autres.

Questions:

i) Mais qu'est ce qui provoque ce phénomène de décohérence?

ii) Après la décohérence les états sont non-liés ?

iii) Le phénomène de décohérence est il observé lorsqu'on décide d'effectuer une mesure sur une particule quantique? Si oui, pouvez-vous me donner un exemple.

iv) Les mesures qui sont faites avec des appareils de tailles macroscopiques influent sur les états quantiques d'un système, mais si on parvenait à faire des mesures avec un appareil de taille microscopique, cette "réduction de paquet d'onde" serait elle toujours d'actualité?

Par avance, merci de votre aide car je suis dans le flou total.
Bien à vous,
Corentin
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[Deedee81]

Salut,

i) Mais qu'est ce qui provoque ce phénomène de décohérence?

L'interaction du système (et du dispositif de mesure) avec l'environnement. Cela entraine une myriade d'interaction.
La mesure peut être vue (avant réduction) comme une intrication entre l'état du système et l'état dispositif (voir le schéma de von Neumann).
(EDIT zut ce schéma est pas facile à trouver, mais il est présenté dans le pdf ci-dessous)
Mais l'interaction avec l'environnement dilue littéralement cette intrication dans une myriade de particules.

ii) Après la décohérence les états sont non-liés ?

C'est un peu plus subtil que ça.

Pour le système complet (système étudié + appareil + environnement), les états quantiques sont comme d'hab : ils sont superposés.
Mais l'utilisateur ignore l'état exact de l'environnement, ce qui le concerne est le système étudié. Après passage à la matrice de densité réduite qui exprime cette façon "de voir", on constate qu'avec cette vision "tronquée" :
- une base d'états privilégiée est sélectionnée (habituellement la base position dans le domaine macroscopique, c'est lié au fait que l'hamiltonien a typiquement un terme en 1/r).
- les différents états se comportent comme si ils n'étaient qu'un mélange statistique.
Attention, ce n'est qu'une apparence et d'ailleurs ça reste vrai si on a qu'une seule particule. La superposition quantique existe toujours, à travers les liens avec l'environnement, et on ne peut pas faire l'impasse d'une interprétation de la mécanique quantique et de la réduction.

iii) Le phénomène de décohérence est il observé lorsqu'on décide d'effectuer une mesure sur une particule quantique? Si oui, pouvez-vous me donner un exemple.

In fine, les appareils de mesure sont macroscopiques, même si la chaîne de mesure peut être plus ou moins longue et l'interaction initiale microscopique.
Et ces appareils subissent donc une décohérence rapide, dans tous les cas.

iv) Les mesures qui sont faites avec des appareils de tailles macroscopiques influent sur les états quantiques d'un système, mais si on parvenait à faire des mesures avec un appareil de taille microscopique, cette "réduction de paquet d'onde" serait elle toujours d'actualité?

Attention de ne pas confondre décohérence et réduction, voir mon explication plus haut (à ta décharge beaucoup d'auteurs font la confusion !).
Voir ce très bon article : https://arxiv.org/abs/quant-ph/0312059 (Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics)

Ta remarque reste bonne, oui, pour un dispositif microscopique, l'état subit moins vite la décohérence. Ainsi dans le calcul quantique on effectue des manipulations des qbits à l'échelle microscopique (avant lecture finale du résultat). Mais la décohérence subsiste et c'est une plaie dans ce domaine où les qbits doivent subsister "un certain temps"
(dans une expérience de type Young, par exemple, aucun soucis, les particules passent les fentes dans l'air libre et très très vite, la décohérence n'a pas le temps de se mettre en place. Elle se met en place après avec l'écran. Et on a pu faire l'expérience sans décohérence avec des grosses molécules : des fullerènes).
EDIT Serge Haroche est connu pour ses expériences de décohérence à l'échelle microscopique.