Décoherence quantique et observateur

[Sokolov75]

Bonjour,
Je m’interroge sur les causes possibles de la decoherence quantique. Dans mon esprit soit elle est causée par une ou plusieurs interactions avec d’autres systèmes, qui font qu’en additionnant les contraintes il finit par n’y avoir plus qu’une seule solution possible. Soit il y’a un choix spontané vers un état (par ex dans le cas de la radioactivité).
Mais quelqu’un m’indique que c’est toujours l’action d’un observateur, c’est à dire d’une conscience, qui provoque la decoherence. Ce qui m’etonne.
Pouvez vous me confirmer que ma compréhension est la bonne ?
Merci
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[ornithology]

Bonjour,
Dans mon esprit soit elle est causée par une ou plusieurs interactions avec d’autres systèmes, qui font qu’en additionnant les contraintes il finit par n’y avoir plus qu’une seule solution possible. Soit il y’a un choix spontané vers un état (par ex dans le cas de la radioactivité).

Tu penses a quoi quand tu parles de solution unique. si c'est le choix d'un résultat de mesure parmi les valeurs propres possibles, la décohérence n'en dit rien.

[Sokolov75]

Je veux dire que, si on prend un système constitué d’objets quantiques en état de superposition, s’il entre en interaction avec un autre système, qui lui même est en interaction avec un autre etc... à force le champ des solutions possibles, satisfaisant les lois de la physique, se restreint de plus en plus jusqu’a ne plus contenir qu’une seule solution.
En d’autres termes l’etat de superposition ne peut durer si le système n’est pas totalement isolé. Et ce même si aucun humain n’observe.
Est ce bien cela ?
Merci

[ornithology]

Oui, la superposition d'états voit les termes de transitions tendre vers zéro. ce qui fait qu'on voit apparaitre une base privilégiée dans laquelle on a un melange classique de résultats possibles. comme si la mesure avait été faite mais qu'on n'en connaissait que les probabilités pour chaque résultats. mais en fait la mesure n'a pas été faite mais rien ne peut distinguer les deux situations. c'est peut etre le plus bizarre dans tout cela.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Mais quelqu’un m’indique que c’est toujours l’action d’un observateur, c’est à dire d’une conscience, qui provoque la decoherence. Ce qui m’etonne.

Bonjour,
Non votre compréhension n'est pas correcte : l'observateur est, en général une machine. Pour des franges d'interférence l'observateur est l'écran, la personne qui pourrait le regarder n'a aucune influence.
Il suffit de quelques molécules pour constituer un observateur !

[ornithology]

Bonjour,
Non votre compréhension n'est pas correcte : l'observateur est, en général une machine. Pour des franges d'interférence l'observateur est l'écran, la personne qui pourrait le regarder n'a aucune influence.
Il suffit de quelques molécules pour constituer un observateur !

Je suis en gros d'accord a un petit bémol pres.
Si on considere le systeme global particule superposée plus instrument de mesure plus environnement meme lointain
la superposition ne disparait pas. le global reste un etat pur. La décohérence est un phénomene qui apparait quand on fait une moyenne sur l'environement par ce qu'on le néglige pour des raisons pratiques. et ca un écran ou une molécule ne va pas le faire.
ca a bien un rapport a une perception.

[phys4]

ca a bien un rapport a une perception.

C'est la même erreur que le chat de Schodinger : le chat est tout à fait un observateur valable, il n'y a pas besoin qu'un humain ouvre la boite pour que l'état devienne déterminé. La durée de l'état superposé dépend de la machine en contact. Si cet "observateur" est macroscopique, la décohérence se produit en quelques nanosecondes.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

C'est la même erreur que le chat de Schodinger : le chat est tout à fait un observateur valable, il n'y a pas besoin qu'un humain ouvre la boite pour que l'état devienne déterminé. La durée de l'état superposé dépend de la machine en contact. Si cet "observateur" est macroscopique, la décohérence se produit en quelques nanosecondes.

J'ajouterai même une couche: le chat n'est pas nécessaire pour cette expérience de pensée. En effet: il y a déjà un détecteur qui déclenche (ou pas) le mécanisme de libération du poison qui tue le chat.

[ornithology]

curieuse réponse de Phys4. pour nier le besoin d'un observateur extérieur conscient on fait appel aux certitudes du chat!
l'autre argument concerne la fiole de poison. Cassée ou pas.
il y aurait un déroulement absolu. Et la superposition elle vient d'ou? d une ignorance d'une variable cachée?

[ornithology]

le chat de Schrodinger sur france culture
avec Michel Bitbol et Aleixia Auffeves

[Paraboloide_Hyperbolique]

curieuse réponse de Phys4. pour nier le besoin d'un observateur extérieur conscient on fait appel aux certitudes du chat!

Non: un observateur conscient est suffisant pour induire le phénomène de décohérence, mais non nécessaire. C'est ce que voulait montrer Phys4 en disant qu'un observateur humain n'est pas nécessaire et que le chat seul est suffisant (mais pas nécessaire non plus).

l'autre argument concerne la fiole de poison. Cassée ou pas.
il y aurait un déroulement absolu. Et la superposition elle vient d'ou? d une ignorance d'une variable cachée?

Le phénomène de superposition des états est un fait expérimental.

[Deedee81]

Salut,

J'apporte mon petit grain de sel à toutes ces explications

Le phénomène de superposition des états est un fait expérimental.

Et plus encore : un état superposé n'est pas différent d'un état non superposé. Tout dépend de la base d'état choisie (rappelons qu'une base est équivalent à choisir un référentiel pour mesurer des positions, ici cela s'applique évidemment à l'espace d'états, un espace de Hilbert, pas l'espace réel évidemment, mais c'est le même principe). Tout état peut être superposé ou non super posé selon la base choisie. Rappelons aussi qu'on a ça avec la physique ondulatoire classique et on sait bien qu'il y a un fort lien tant mathématique qu'expérimental entre la description des systèmes quantiques et de la physique ondulatoire. La superposition quantique en soit n'est pas si étrange sauf si on colle aux fesses de l'interprétation purement corpusculaire (ubiquité tout ça) ce qui serait une erreur, certains aspects seulement ayant ce caractère.

Le mystère par le passé était l'existence de "base privilégiée" à l'échelle macroscopique. Par exemple pour une particule je peux choisir une base position |x>, chaque état correspondant à un position précise et toute superposition étant possible, mais je peux aussi choisir une autre base comme |x>+|y>, |x>-|y> (s'il n'y a que deux positions possibles). Toutes les bases sont mathématiquement et physiquement équivalentes, ce n'est qu'un changement mathématique comme lorsque l'on passe d'un référentiel à un autre (ou comme un changement de fuseau horaire). Mais pas au niveau macroscopique : ma chaise est toujours à un endroit précis, jamais à un endroit "superposé". Qu'est-ce que la base position a de si spécial ???

Initialement, lors de la naissance de la mécanique quantique, ces questions ne pouvaient trouver réponse (trop tôt) mais il fallait bien avancer. L'interprétation de Copenhague fait alors deux hypothèses : la mesure se fait par des appareils classiques se comportant de manière classique (hypothèse douteuse car un appareil est constitué de particules obéissant à la MQ, l'hypothèse rend impossible d'expliquer le comportement classique) et si on mesure une position définie c'est parce que l'appareil est conçu pour ça.

Pourtant rien n'est aussi simple. Tout processus de mesure peut être décomposé en deux étapes (Von Neumann) :
- interactions
- réduction
Ce qu'on peut écrire en notation habituelle des états pour un système (particule) dans un état superposé de position (et un appareil dans un état initial 0 et pouvant indiquer sur un écran "Ax" ou "Ay" pour la position mesurée) :
(|x>+|y>)|A0> -> |x>|Ax> + |y>|Ay> -> résultat défini, par exemple |Ax> avec une chance sur deux

Malheureusement suite à un simple changement de base, opération purement mathématique, l'état intermédiaire ci-dessus peut correspond à n'importe quoi, il est équivalent à par exemple |px>+|py> (avec des états superposés pour l'appareil que je n'écrit pas). En fait l'appareil ne mesure..... plus rien. Gênant puisque cette étape correspond à l'interaction physique et ce pourquoi l'appareil a été en principe construit !!!! La réduction semble donc inévitable.

Mais alors se pose un tas de questions et on sait que la réduction n'est pas non plus sans soucis à la fois techniques et physiques (je n'insiste pas plus, faudrait une page rien que pour ça). Et pourquoi ne puis-je pas construire un appareil capable de mesurer un état superposé de position de chaises ? (en réalité on peut le construire, simplement il ne donnera jamais un résultat sensible car la chaise.... ou le chat.... n'est jamais dans un tel état. J'avais décrit une fois un tel dispositif plus concret avec des molécules de sucres chirales).

Et la solution est venue avec la décohérence quantique. Elle concerne l'interaction d'un système avec son environnement (quel qu'il soit, pas besoin d'un observateur). C'est ce phénomène et le fait qu'on considère le système seul (et pas le détail de l'environnement) qui induit le phénomène. Je ne décrirai pas plus avant, voir ce bon article :
https://arxiv.org/abs/quant-ph/0312059

Ses résultats :
- Elle ne résout pas entièrement le problème de la mesure (les résultats définis - réduction)
- Elle explique l'existence de base privilégiée, liée en particulier à la nature des interactions (le fait que ces interactions dépendent de la distance explique que la base position soit souvent privilégiée à l'échelle macroscopique, on retrouve aussi le fait que la base privilégiée microscopique soit souvent la base énergie, etc...)
- Elle explique une partie des effets classiques (une autre partie étant liée à des choses connues : faible valeur de h, effets des grands nombres, optique géométrique,...) : perte de cohérence quantique, la "mémoire" permettant l'existence de trajectoires définies (parfois appelés états "robustes", des états particuliers peut perturbés par le lien avec l'environnement), etc....
- Et est une plaie pour le calcul quantique

Et de fait elle explique pourquoi le chat de Schrödinger semble si bizarre (alors qu'un chat réel fait miaou ou rien du tout mais pas une superposition des deux).

[ornithology]

Il me semble manquer un élément dans ta réponse Deedee81.
Phys4 et Paraboloid ont raison quand ils parlent d'un phénomene de décohérence dont la vitersse rapide a été
mesuré. ce n'est pas une expérience de pensée. en revanche ils affirment et la on est plus pret de la notion de
collapse que dans la boite fermée , il y a une détermination de l'état soit mort soit vivant. l'un dit que ca vient
du chat lui meme et l'autre de la fiole qui est soit cassée soit intacte. ca objective la disparition des interférences.
Dans ce cas on se demande pourquoi on a parlé du probleme de l'ami de Wigner qui va utiliser des superpositions
mort + vivant.
si on consider systeme + instrument de mesure + environnement, les interférences peuvent disparaitre de systeme + instrument de mesure mais persister au niveau global.
c'est ce qui se passe avec les matrices densité réduites de bob et alice avec les paires de Bell. chaqu un recoit un melance statistique car jil n'a pas acces au systeme global. De leur point de vue les superposition ont disparu. mais c'est un point de vue uniquement. l'état global intriqué reste un état pur superposé. une observation locale reste partielle. il ne faut pas généraliser
et dire la messe est dite. l'ami de Wigner peut observer le systeme plus global et observer (localement) d'autres choses etc.

voir aussi dans le lien le probleme des "tails"

[Deedee81]

Il me semble manquer un élément dans ta réponse Deedee81.

A deux endroits j'ai bien dit que je ne détaillais pas. Faudrait dix pages

en revanche ils affirment et la on est plus pret de la notion de collapse que dans la boite fermée , il y a une détermination de l'état soit mort soit vivant. l'un dit que ca vient du chat lui meme et l'autre de la fiole qui est soit cassée soit intacte. ca objective la disparition des interférences.

Je ne vais pas dire que je suis en désaccord avec eux, pas le temps de lire leurs explications en détail. Mais regarde bien mon message, contrairement à ce que tu dis c'est bien dedans :
- La décohérence explique la classicalité/perte de cohérence (donc la disparition des intérférences)
- La décohérence n'explique pas l'existence d'états définis (la réduction) et donc ne résout pas entièrement le problème de la mesure
(la cohérence globale reste, en effet, et ça je ne l'avais pas dit si ce n'est de manière sybiline par "on considère le système seul").

EDIT la décohérence dit l'état du chat sera |mort>+|vivant> et cet état ne peut pas être |mort-vivant>+|vivant-mort> (disparition des interférences/superposition hors base privilégiée) mais elle ne dit pas si le résultat sera |mort> ou |vivant>

Il faut autre chose pour ça, comme une interprétation adéquate de la mécanique quantique. On sort du sujet (la décohérence).