“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。
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。
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。
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。
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(QD)提出,经典的客观性是从信息自由度的广播中引起的,以成为多体环境的多个部分。这样的信息广播与在强烈互动下的争夺形成鲜明对比。最近显示,广播和争夺之间插值的量子动力学可能显示出信息传播的尖锐相变,称为QD编码过渡。在这里,我们在通用的非克利福德设置中启动了他们的系统研究。首先,在一般的主题设置中,将信息传播建模为等轴测图,其输入Qudit与参考纠缠在一起,我们提出了对过渡的探测 - 测量环境分数后参考的密度矩阵的分布。此探测器测量分数和注入信息之间的经典相关性。然后,我们将框架应用于张量网络在扩展的树上定义的两个类似模型,对试图播放旋转半旋转的Z组件的嘈杂设备进行建模。我们得出了密度矩阵分布的确切递归关系,我们通过分析和数值分析。因此,我们找到了三个阶段:QD,中间和编码,以及两个连续的过渡。编码中间过渡描述了参考和小环境部分之间非零相关性的建立,并且可以通过对馏分的总旋转的“粗粒度”度量进行探测,该测量是非高斯和对称性的中间空间中的非高斯和对称性破裂。QD-中间的过渡是关于相关性是否完美的。必须通过罚款粒度探测它,对应于复制空间中更微妙的对称性破裂。
我们提出了一个可解决的量子达尔文主义模型来编码过渡 - 量子信息如何在单一动力学下的多体系统中传播的方式突然变化。我们考虑在扩展的树上的随机Clifford电路,其输入量子位与参考纠缠在一起。该模型具有一个量子达尔文主义阶段,其中可以从任意的输出量子位的任意小部分中检索有关参考的经典信息,而该检索不可能是不可能的。这两个阶段通过混合相和两个连续过渡分开。我们将确切的结果与两次复制的计算进行了比较。后者产生类似的“退火”相图,该图也适用于具有HAAR随机单位的模型。我们通过求解环境在编码系统上窃听的修改模型来将我们的方法与测量诱导的相变(MIPT)联系起来。它只有一个尖锐的mipt,只能完全访问环境。
将意识与量子力学联系起来,过去曾面临批评。反对它的常见论据要么是人体环境对量子效应是敌对的,要么是对“量子力学是关于微观对象”的误解。量子力学的最新实验确认(Bild等人。2023)以及其最奇怪的预测的越来越多的相关性,例如叠加和纠缠,即使对于宏观对象,这些预测也可能是可能的(Schrödinger1935)也扩展了我们对量子原理的理解,强调了量子效应不是按规模确定的,而是通过信息可及性来确定的。在电子观察者理论(EOT)中,电子不是孤立的,而是与每个“环境片段”相互作用,即在量子darwinism中提出的一个概念(Zurek 2009),在发生神经信号期间。因此,它不仅限于环境条件。
Chervyakov,A。V。; Sinitsyn,D。O。; Piradov,M。A.神经元反应的变异性:神经可塑性和神经darwinism中的类型和功能意义。人类神经科学的边界2016,10。doi:10.3389/fnhum.2016.00603。Edelman,G。M.神经达尔文主义:神经元组选择理论;基本书籍,1987年。szilágyi,a。; Zachar,i。 Fedor,A。; De Vladar,H。P。; Szathmáry,E。在大脑中繁殖新的解决方案:达尔文神经动力学的模型。F1000 Research 2016,5,2416。doi:10.12688/f1000research.9630.1。