Кратко и по делу — по каждой интерпретации: с формулировкой, чем поддерживается экспериментально/теоретически, возражениями и практическими следствиями для квантовых технологий.
1) Копенгагенская («стандартная») интерпретация
- Суть: система описывается волновой функцией $|\psi ⟩$, эволюция унитарна по уравнению Шрёдингера до измерения, измерение приводит к коллапсу с вероятностями по правилу Борна. Формулы: унитарная эволюция $|\psi (t)⟩=U(t)|\psi (0)⟩$, вероятность результата $i$ — $P_i=⟨\psi |{\Pi }_i|\psi ⟩$.
- Поддержка: полностью согласуется с обычными статистическими предсказаниями QM (интерференция, спектроскопия, квантовые корреляции); большое количество точных опытов подтверждают правила вычисления вероятностей и распределения результатов. Bell‑тесты (CHSH) демонстрируют нарушение локальных реалистичных неявленных моделей: классическое ограничение $S\le 2$, QM даёт до $S=2\sqrt{2}$.
- Возражения/проблемы: неформально задан границы «измерения» (граница квант/классика), парадокс Вигнера/«друга Вигнера», отсутствие механизма коллапса в унитарной динамике. Коллапс вводится как постулат без микроскопического объяснения.
- Практические следствия: инженерно — это рабочая модель: использование проектных измерений, подготовка состояний, статистический вывод (томография), проектирование детекторов. Для квантовых технологий важна практическая модель «измерение = мгновенный проекционный результат», что упрощает протоколы. Минус — не объясняет происхождение шумов/дефектов, поэтому не подсказывает, как уменьшать фундаментальные источники «коллапса», если бы они существовали.
2) Многомировая (Everett) интерпретация
- Суть: единственная фундаментальная динамика — унитарный эволютор Шрёдингера; «коллапса» нет: все термины суперпозиции реальны и соответствуют ветвям «миров», которые видов разделяются при decoherence. Вероятности (правило Борна) должны выводиться (Deutsch/Wallace) или приниматься эквивалентно субъективной вероятности.
- Поддержка: сохраняется унитарность (совместимо с QFT, сохранением информации), объясняет интерференцию и отсутствие наблюдаемого броска волновой функции; decoherence даёт физическое основание ветвлению (см. ниже). Эксперименты не противоречат предсказаниям MWI, все статистики совпадают с QM.
- Возражения/проблемы: «ненаблюдаемые» параллельные ветви (онтологическая цена), трудности с объективным выводом правила Борна (хотя есть аргументы на принятие Born как рационального критерия), проблемы выбора предпочтительной базы (решается через decoherence). Нет новых тестируемых предсказаний по сравнению со стандартной QM.
- Практические следствия: для разработки устройств MWI ничего оперативно не меняет — те же предсказания. Концептуально стимулирует исследования управления когерентностью и ветвлением (контроль decoherence), но не даёт прямых новых инженерных методов.
3) Декохеренция (как механизм / «часть» интерпретации)
- Суть: среда, взаимодействуя с системой, «засыпает» информацию о фазах суперпозиции, приводя к быстрому подавлению межтермовых (не диагональных) элементов плотностной матрицы. Формула для редуцированной матрицы: ${\rho }_S(t)={\mathrm{Tr}}_E\{U(t){\rho }_{SE}(0)U^{†}(t)\}$. Часто наблюдаемое поведение: ${\rho }_{ij}(t)\approx {\rho }_{ij}(0)e^{-{\Gamma }_{\mathrm{dec}}t}$ (подавление офф‑диагоналей). Для непрерывных переменных: ${\rho }_S(x,x^{\prime },t)\approx {\rho }_S(x,x^{\prime },0)\exp [-\Lambda (t)(x-x^{\prime }{)}^2]$.
- Поддержка: прямые экспериментальные наблюдения подавления когерентности в мэсоскопических системах (интерференция C60 и крупнее, суперконд. кубиты с характерными временами $T_1,T_2$), измеряемые скорости декогеренции согласуются с моделями (Caldeira–Leggett, spin‑boson). Контроль среды (охлаждение, изоляция, динамическое отстраивание) демонстрирует прямое влияние на когерентность.
- Возражения/ограничения: decoherence объясняет исчезновение интерференции и выделение указательной (pointer) базы, но сам по себе не даёт «физического» механизма выбора одного конкретного результата (проблема «выбора исхода»). Не заменяет правило Борна без дополнительных аргументов. Также decoherence — эффективный процесс (не фундаментальный коллапс) и обратим теоретически при полной реверсии среды (практически невозможно).
- Практические следствия: ключевое — декогеренция определяет ограничивающие факторы для квантовых технологий: времена когерентности $T_2$, шумовые спектры среды, необходимость квантовой коррекции ошибок, динамического отстраивания, топологической защиты. Эксперименты по подавлению декогеренции (эхо‑пульсы, error correction, изолированные среды) — ядро инженерии квантовых устройств.
Сравнение и какие эксперименты/аргументы различают или поддерживают:
- Никакая из трёх «интерпретаций» не даёт отличных предсказаний от стандартной квантовой механики в пределах экспериментальной точности (за исключением специфических модифицированных теорий коллапса — GRW/CSL — которые предсказывают малые отклонения). Поэтому Bell‑тесты, интерференция, атомные спектры и др. поддерживают общую теорию, но не однозначно одну интерпретацию.
- Decoherence — empirically confirmed механизм, измеряемый напрямую; он слив понятен с многомировой картиной (ветвление) и частично с копенгагенской (объясняет появление «классической» статистики), но сам по себе не решает проблему единственного результата.
- Тесты моделей коллапса (GRW/CSL) — это реальные эксперименты, которые могли бы опровергнуть строгую MWI/декогеренцию (если обнаружат объективный спонтанный коллапс). На сегодня такие эксперименты ставят верхние границы параметров этих моделей (интерференция крупных молекул, поиск спонтанного излучения).
- Современные реализации «Wigner’s friend» и расширенные теоретические парадоксы (Frauchiger–Renner) показывают концептуальные разногласия о совместимости «объективного» единого результата — но пока нет однозначного экспериментального разрешения.
Итог по практическим последствиям для квантовых технологий (коротко):
- Инженерно важно не столько «какая интерпретация верна», сколько какие процессы реально ограничивают систему: decoherence, потери, извлечение информации при измерении.
- Если верна только унитарная динамика + decoherence (MWI/дефолт), то основная задача — подавить или контролировать взаимодействие с окружающей средой, реализовать коррекцию ошибок и защищённые коды.
- Если бы были экспериментальные свидетельства объективных коллапсов (GRW/CSL), это бы ввело дополнительный фундаментальный шум/деградацию, требующую учёта при масштабировании квантовых компьютеров. До сих пор таких свидетельств нет.
- На практике: протоколы квантовой связи, вычислений и сенсоров разрабатываются в рамках математики QM и не зависят от выбора интерпретации; выбор интерпретации влияет главным образом на фундаментальные приоритеты исследований (исследование decoherence vs тестирование коллапса) и на философские представления о том, что «происходит» при измерении.
Краткая резюмирующая формула-напоминание: статистика измерений даётся плотностной матрицей и следом по среде
${\rho }_S(t)={\mathrm{Tr}}_E\{U(t){\rho }_{SE}(0)U^{†}(t)\}$,
а появление классического поведения связано с экспоненциальным подавлением офф‑диагоналей ${\rho }_{ij}(t)\sim {\rho }_{ij}(0)e^{-{\Gamma }_{\mathrm{dec}}t}$.