Wenn Informationen zurück an offene Quantensysteme gehen
Ultraschnelle physikalische Prozesse zogen die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler des EU-geförderten Projekts MICRONM (Microscopic derivation of non Markovian dynamics) an, weil sie in der Physik kondensierter Materie, der Biophysik und auch in der Chemie vorkommen. Von einem theoretischen Standpunkt aus werden alle diese Prozesse durch Systeme beschrieben, die sich in Wechselwirkung mit der Umgebung befinden. Die erfolgreichsten Theorien für solche offenen Systeme beruhen auf der Markov-Näherung, die eine große Differenz zwischen den Zeitskalen der Systeme und ihrer Umgebung implizieren. Allerdings sind ultraschnelle Prozesse diejenigen, bei denen die Zeitskalen vergleichbar sind, und die Umgebung ist nicht schnell genug, um nach der Störung wieder ins Gleichgewicht zurückzukehren. Mit anderen Worten sind die Gleichungen zur Beschreibung offener Systeme nicht-Markov. Die Projektwissenschaftler zeigten aber, dass eine Untergruppe der Nicht-Markov-Systemdynamik analytisch handhabbar ist, ähnlich wie die Markov-Klasse. Genauer gesagt fanden und parametrierten sie die Klasse stochastischer Schrödinger-Gleichungen, die die Master-Gleichungen offener Systeme mit Speicherfunktionen entwirren. Darüber hinaus lieferten die Projektwissenschaftler den expliziten Ausdruck für die effektive Dynamikannäherung mit einem beliebigen kleinen Fehler. Dieser Erfolg liefert ein leistungsstarkes Werkzeug für die Untersuchung von Nicht-Markov-Dynamik auch auf numerischem Niveau. Die Ergebnisse von MICRONM sind nicht spektakulär in dem Sinne, dass nicht alle offenen Probleme in Physik, Biophysik und Chemie, die ein nicht-Markov-Verhalten aufweisen, gelöst werden können. Dennoch bietet die mathematische Strenge der vorgeschlagenen Vorgehensweise ein besseres Verständnis dafür, wie man vorgehen sollte, um solche gewünschten Lösungen zu finden.
Schlüsselbegriffe
Offene Quantensysteme, Speicherfunktionen, ultraschnelle physikalische Prozesse, Markov, Schrödinger-Gleichungen