La decoherencia es un proceso de violación de la coherencia (del latín cohaerentio - adhesión, conexión), provocado por la interacción de un sistema de mecánica cuántica con el entorno a través de un proceso que es irreversible desde el punto de vista de la termodinámica . Durante el transcurso de este proceso, el propio sistema adquiere características clásicas que corresponden a la información disponible en el entorno.
La decoherencia es gradual, no es un proceso espasmódico.
Desde el punto de vista de la teoría cuántica, la decoherencia es el colapso de una función cuántica como resultado de la interacción con un medio.
La teoría de la decoherencia tiene una consecuencia importante: para el macroestado, las predicciones de la teoría cuántica prácticamente coinciden con las predicciones de la teoría clásica.
La decoherencia se reveló en el estudio del problema del observador de un sistema cuántico . La observación de cualquier objeto físico se realiza como resultado de su interacción con el entorno. (Por ejemplo, para que una cámara de video reciba una imagen de cierto objeto, debe estar iluminada: los fotones emitidos por la fuente de luz se reflejan en el objeto, ingresan a la lente y crean una imagen en la matriz de sensores). En el caso de observar un sistema cuántico, el impacto de los fotones cambia el estado de este sistema porque la energía del impacto es comparable a la energía del propio sistema. En particular, es imposible observar un solo electrón sin cambiar su estado, ya que cuando un fotón y un electrón chocan, ambos cambian tanto su energía como sus trayectorias. A principios del siglo XXI se realizaron experimentos que demostraron que la función cuántica colapsa no solo al observar un objeto, sino también durante cualquier interacción de un sistema cuántico con el entorno.[ aclarar ] En experimentos con moléculas grandes calentadas, la decoherencia ocurre como resultado de su radiación de calor (la emisión de fotones "térmicos") en el espacio circundante. En los mismos experimentos se demostró una transición gradual del sistema de un estado cuántico a uno clásico con un aumento en la interacción del sistema con el medio (a mayor temperatura de la molécula, mayor energía de los fotones emitidos). por él y más corta su longitud de onda , lo que permite un juicio más preciso de la posición de la molécula calentada en el espacio) [1] .
La decoherencia es uno de los obstáculos técnicos más significativos para la creación de computadoras cuánticas . Para combatir la decoherencia, por un lado, se están desarrollando varios métodos para aislar un sistema cuántico, incluido el uso de temperaturas extremadamente bajas y alto vacío, y por otro lado, la introducción de códigos resistentes a los errores relacionados con la decoherencia en la computación cuántica. (generalmente en tales esquemas, el estado de un qubit lógico codificado por el estado de varios qubits físicos asociados).
Actualmente, los físicos experimentales pueden mantener átomos o fotones individuales en un estado de superposición durante períodos de tiempo significativos, siempre que se minimice la interacción con el entorno. Sin embargo, cuanto más grande es el sistema, mayor es su susceptibilidad a las influencias externas. En grandes sistemas complejos que constan de muchos miles de millones de átomos, la decoherencia ocurre casi instantáneamente y, por esta razón, el gato de Schrödinger no puede estar vivo y muerto en ningún momento .[ aclarar ] un lapso de tiempo mensurable.
El proceso de decoherencia es un componente esencial del experimento mental propuesto por Erwin Schrödinger , mediante el cual quería mostrar la incompletitud de la mecánica cuántica en la transición de los sistemas subatómicos a los macroscópicos.