摘要:量子达尔文主义解释了量子宇宙中经典客观性的出现。然而,迄今为止,大多数关于量子达尔文主义的研究都集中在特定模型及其静态性质上。为了进一步理解量子到经典的转变,确定汉密尔顿量必须满足的一般标准以支持经典现实似乎是可取的。为此,我们对所有具有二体相互作用的 N 量子比特模型进行分类,并表明只有那些具有可分离的系统和环境相互作用的模型才能支持指针基础。我们进一步证明,“完美”的量子达尔文主义只有在没有环境内相互作用的情况下才能出现。我们的分析通过解决随后的动态问题得到补充。我们发现,在表现出信息混乱的系统中,经典客观性的动态出现直接与量子关联的非局部扩散竞争。我们通过对四个代表性模型的数值分析说明了我们的严格发现。
在量子力学中,环境被认为起着负作用,破坏量子系统的相干性,从而随机改变其状态。然而,对于最初处于简并基态的量子系统,情况可能会有所不同。在这种情况下,基态特征函数的无限流形可以包含一些零纠缠态,这可以通过最小化冯·诺依曼熵来证明。然后,遵循量子达尔文主义,这些“经典”组合由量子环境选择和促进,这意味着不同的独立观察者在实验中发现它们。在这项工作中,我们从安德森状态塔的数值实现出发,在天元和反铁磁量子系统的特征谱中发现并探索了这种经典状态。量子基态的简并性被证明是解释经典世界中磁性物质的非平凡性质的关键,包括经典极限下出现的拓扑保护。
Quantum darwinism认为,经典现实的出现依赖于从量子系统到其许多部分环境的传播。但是,使这种机制成为可能的量子理论的基本物理原理是什么?我们通过在一类包含经典和量子理论作为特殊情况的概率理论中以最简单的darwinism(类似于CNOT的风扇相互作用)来解决这个问题。我们应对任何理论承认这种相互作用的必要条件。我们发现,每个具有非古典特征的理论承认经典信息的理想扩展都必须具有纠缠状态和纠缠的测量。此外,我们表明,Spekkens的玩具理论承认了这种形式的达尔文主义,并且所有概率理论都满足了强大的符号,或包含某种类型的折叠过程。我们的结果表明,在存在局部非古典性的情况下,只有在这种非经典性可以“扩增”到一种形式的纠缠形式时,经典世界才能出现。
“从使系统 S 退相干的环境 E 的片段 F 中可以提取多少有关系统 S 的信息?”是量子达尔文主义的核心问题。迄今为止,大多数答案都依赖于 SF 的量子互信息,或通过直接测量 S 提取的数据。这些是真正需要的合理上限,但计算起来要困难得多——片段 F 对于有关 S 的信息的通道容量。我们考虑一个基于不完美 c-not 门的模型,其中可以计算上述所有内容,并讨论其对客观经典现实出现的影响。我们发现所有相关量,例如量子互信息以及通道容量都表现出类似的行为。在与客观经典现实的出现相关的机制中,这包括与不完美 c-not 门的质量或 E 的大小无关的缩放,甚至几乎与 S 的初始状态无关。
量子达尔文主义通过量子系统与环境的相关性来描述量子系统的客观性——假设的观察者可以通过测量环境来恢复这些信息。然而,观察是相对于参考系进行的。在这里,我们采用 [Giacomini et al. , Nat. Commun. 10, 494 (2019) ] 的形式,并考虑改变量子参考系对客观性的影响。我们发现客观性取决于非退化相对分离、条件状态局部化和环境宏观分数。由于纠缠和相干性以及统计混合和经典相关性的可互换性,不同参考系中存在不同的客观信息。因此,客观性在量子参考系中都是主观的。