6.7 Decoerenza

Indice ／ Capitolo 6: Dominio quantistico

I. Fenomeni e questione di fondo

I sistemi piccoli possono sovrapporsi e interferire; quelli grandi seguono quasi sempre un’unica traiettoria dall’aspetto “classico”. Un singolo elettrone o fotone produce frange fini nella doppia fenditura. Con polvere calda o macromolecole, invece, il disegno si attenua rapidamente. Persino i qubit superconduttori, pur capaci di mantenere coerenza, perdono contrasto quando si accoppiano di più con l’esterno. Sorge quindi la domanda: se valgono le stesse leggi, perché il mondo macroscopico appare classico?

II. Lettura secondo la Teoria dei Fili di Energia (EFT): tre processi che diluiscono la coerenza

Nella Teoria dei Fili di Energia (EFT), un’entità quantistica avanza attraverso la mare di energia (Energy Sea) trasportando una “busta di coerenza” che viene rilanciata via via. La decoerenza nasce quando questa busta si accoppia all’ambiente e l’ordine di fase si diffonde e si sfuma.

• Il couplage ambientale scrive tracce di “quale cammino”: urti e diffusioni con gas, radiazione o reticolo trasferiscono le differenze di percorso in molti gradi di libertà ambientali. In termini EFT, il motivo di fase si distribuisce su numerosi micro-elementi della mare di energia (Energy Sea), formando memorie disperse.
• Il rumore di fondo di tensione sfibra il motivo di fase: la mare non è statica; esiste un rumore onnipresente di tensione (Tension) che fa derivare i sfasamenti tra percorsi. Il disegno regolare si disfa e la busta passa da “affilata” a “smussata”.
• L’ambiente “seleziona” corridoi con letture stabili: con interazione prolungata sopravvivono solo orientazioni e distribuzioni poco sensibili all’ambiente. Sono i “puntatori” (pointer states), corridoi di minima perturbazione che assomigliano a traiettorie classiche.

Ne segue che non serve un osservatore: l’informazione di fase è già fluita nell’ambiente. Per il sottosistema locale restano statistiche miste e l’interferenza non risulta più visibile. Così il classico emerge dal quantistico.

III. Scenari rappresentativi (dal banco di laboratorio alla frontiera)

• Doppia fenditura con gas o radiazione termica
  Aumentando pressione o temperatura vicino ai percorsi, la visibilità delle frange cala secondo una legge che combina pressione, temperatura e separazione delle traiettorie. Gli eventi di scattering etichettano il cammino negli stati di particelle e fotoni circostanti; l’ordine di fase “sfugge” verso l’esterno.
• Interferenza di macromolecole e auto-emissione
  C₆₀ e molecole organiche più grandi interferiscono in alto vuoto e a bassa temperatura. Scaldando, la radiazione termica emessa dalle molecole porta via informazione di fase e il contrasto si riduce.
• Tempi di coerenza dei qubit e recupero tramite eco
  Nei sistemi superconduttori o di spin, rilassamento e de-faseizzazione limitano la coerenza. Sequenze di eco e di disaccoppiamento dinamico recuperano parte dell’ordine di fase e riaccendono le frange. La decoerenza è diffusione d’informazione dovuta all’accoppiamento, non scomparsa letterale.
• Esperimenti di “cancellazione quantistica”
  Se l’ambiente conserva l’informazione di cammino, cancellarla o aggregarla ripristina l’interferenza nei sottoinsiemi condizionali. La presenza di frange dipende dall’accessibilità dell’informazione di fase, non da un “ritorno al classico” della particella.
• Finestre in optomeccanica e biologia
  Risonatori micromeccanici vicini allo stato fondamentale mantengono coerenza per tempi brevi. Complessi fotosintetici conservano minuscole “tasche” di coerenza in ambienti caldi e umidi. È possibile ingegnerizzare la coerenza controllando accoppiamenti e rumore di fondo.

IV. Impronte sperimentali (come riconoscere una fase che si “smussa”)

• La visibilità delle frange diminuisce con pressione, temperatura, separazione dei percorsi e dimensione delle particelle.
• Nelle sequenze di Ramsey ed eco di Hahn, le buste decadono e poi rimbalzano.
• Dopo aver “marcato” o “cancellato” selettivamente l’informazione di cammino, le frange riappaiono o scompaiono nelle statistiche condizionali.
• Rumore ambientale isotropo rispetto a direzionale produce dipendenze angolari diverse nei tassi di decoerenza.

V. Risposte rapide a dubbi comuni

• La decoerenza equivale a perdita di energia? No. È soprattutto esternalizzazione e diffusione dell’informazione di fase; l’energia può restare quasi invariata.
• Serve un osservatore? No. Qualunque accoppiamento registrabile con l’ambiente distribuisce la fase, osservatore o no.
• Spiega l’esito unico di una misura? Spiega l’inosservabilità delle sovrapposizioni e l’emergere degli stati puntatore. Per rendere leggibile una differenza minima servono ancora accoppiamento, chiusura e memoria dello strumento.
• È irreversibile? In principio, si potrebbe invertire raccogliendo e invertendo tutte le tracce ambientali; in pratica, esse sono disperse in moltissimi gradi di libertà. Eco e cancellazione mostrano una reversibilità limitata.

VI. In sintesi

La decoerenza non cambia le leggi quantistiche; mostra che, quando l’informazione di fase fluisce dalla busta locale verso la vasta mare di energia (Energy Sea) e l’ambiente, i motivi di sovrapposizione si appiattiscono dal punto di vista locale. L’apparenza classica nasce perché il rumore di tensione di fondo (Tension) e gli accoppiamenti multicanale spingono i sistemi verso corridoi poco sensibili all’ambiente.
Una riga finale: il quantistico è ovunque; il classico è come appare dopo la decoerenza.