6.7 退相関（デコヒーレンス）

目次 ／ 第6章：量子領域 (V5.05)

I. 観測される現象と根本的な問い

小さな系では重ね合わせと干渉が成り立ちますが、大きな系は多くの場合「古典的」な一本の道筋に従います。単一電子や単一光子は二重スリットで細かな干渉縞を描きます。一方、温めた微粒子や巨大分子を用いると縞はすぐに薄れます。超伝導量子ビットでさえ、外部との結合が強まると縞のコントラストが落ちます。では、同じ法則が働くのに、なぜ巨視の世界は古典的に見えるのでしょうか。

II. エネルギー・スレッド理論（EFT）の解釈：コヒーレンスが「薄まる」三つの過程

エネルギー・スレッド理論（EFT）では、量子の実体はエネルギーの海（Energy Sea）の中を、引き継がれるコヒーレンス包絡を携えて進みます。退相関とは、この包絡が環境と結合して位相秩序が外部へ拡散し、輪郭がぼやけていく過程です。

• 環境結合が「どちらの経路か」を書き込む：気体や放射、結晶格子との微弱な衝突・散乱が、経路の違いを多数の環境自由度へ記録します。EFTの言い方では、位相の文様がエネルギーの海の多くの微小要素に配られ、分散した「記憶」を成します。
• 背景テンションの雑音が位相文様を毛羽立てる：海は静止していません。遍在する**テンション（Tension）**の底雑音が、経路間の位相差を時間とともに漂わせます。整然とした文様は崩れ、包絡は鋭さを失って鈍く厚くなります。
• 環境が「読み取りの安定な」回廊を選ぶ：相互作用が続くと、環境に最も鈍感な向き・分布だけが形を保ちます。これがポインタ状態で、撹乱の少ない回廊に相当し、古典的軌道のように見えます。

結論は明快です。観測者を要しません。位相情報はすでに環境へ流出しており、局所系には混合統計だけが残ります。干渉が見えなくなること、これが「量子が古典として現れる」道筋です。

III. 代表的な場面（ベンチトップから最前線まで）

• 二重スリットと気体・熱放射
  経路付近の圧力や温度を上げると、縞の可視度は圧力・温度・経路差の組み合わせで系統的に低下します。散乱が周囲の粒子や光子の状態へ経路ラベルを書き込み、位相秩序が外へ漏れるためです。
• 巨大分子の干渉と自己放射
  C₆₀ などの有機分子は高真空・低温では干渉しますが、加熱すると分子自身の熱放射が位相情報を環境へ運び、コントラストが弱まります。
• 量子ビットのコヒーレンス時間とエコー回復
  超伝導系やスピン系では、緩和と純粋脱相がコヒーレンス時間を制限します。エコーや動的デカップリングを用いると、ほつれた位相秩序の一部を呼び戻し、縞が再び現れます。退相関は結合による情報拡散であり、秩序そのものの消滅ではありません。
• 量子消しゴム型の実験
  経路情報が環境の自由度に載った場合でも、それを消去したり、区別しない取り扱いにすると、条件付きのサブセットで干渉が復活します。縞の有無は、粒子が「古典に化ける」かどうかではなく、位相情報が読み出せるかどうかに依存します。
• オプトメカニクスと生体系におけるコヒーレンスの窓
  基底状態近くまで冷却した微小機械共振子は、短時間ながらコヒーレンスを保ちます。光合成複合体のような複雑系でも、温かく湿った環境下に小さな「コヒーレンスのポケット」が見つかります。結合と背景雑音を制御すれば、コヒーレンスは工学的に維持できます。

IV. 実験的な指紋（位相が「鈍る」兆候）

• 縞の可視度が、圧力・温度・経路差・粒子サイズの増加に応じて系統的に低下する。
• ラムゼー測定やハーン・エコーで包絡が減衰し、のちに回復する。
• 経路情報の選択的「マーキング／消去」により、条件統計で縞が現れたり消えたりする。
• 等方的雑音と指向性雑音で、コヒーレンス減衰の角度依存が異なる。

V. よくある誤解への即答

• 退相関＝エネルギー損失か：違います。主として位相情報の外部化と拡散であり、エネルギーはほとんど変わらない場合があります。
• 観測者が不可欠か：不要です。記録可能な環境結合があれば、観測者の有無にかかわらず位相は分配されます。
• 単回の確定結果まで説明するか：重ね合わせが見えなくなる理由とポインタ状態の出現は説明しますが、微小差を可読な結果に増幅するには、測定装置の結合・閉路・記憶の過程がなお必要です。
• 不可逆か：原理的には、環境に散った記録を完全に収集し逆操作できれば回復可能です。現実には自由度が膨大で、実行はほぼ不可能です。エコーや消去は限定的な可逆性を示す例です。

VI. 要するに

退相関は量子法則を変えません。コヒーレンス包絡から広大な**エネルギーの海（Energy Sea）や環境へ位相情報が流出すると、重ね合わせの模様が局所視点で平滑化されます。背景のテンション（Tension）**雑音と多経路の結合が、環境に鈍感な回廊へ系を押しやります。
ひと言で言えば、量子は至る所にあり、古典は退相関ののちの見え方です。