## [Offenes Quantensystem](/de/node/50922) Definition Ein Quantensubsystem von Interesse, das mit externen Freiheitsgraden (Umgebung oder Bad) wechselwirkt und dessen reduzierte Zustandsentwicklung nicht-unitär ist und durch Dichtematrizen, partielle Spurbildungen und Mastergleichungen beschrieben wird statt durch isolierte Schrödinger-Dynamik. ## Prinzip Prinzip Das Gesamtsystem aus System und Umgebung entwickelt sich unitär, aber das Ausspuren der Umweltfreiheitsgrade liefert eine reduzierte Dynamik für das Subsystem, die Dekohärenz, Dissipation und nicht-markovsche Speichereffekte enthalten kann; die System–Umgebung-Aufteilung ist eine Modellierungswahl, gelenkt durch Skalen und relevante Observablen. ## Demonstration Demonstration Ein Spin (das System), gekoppelt an viele harmonische Oszillatoren (das Bad), erzeugt Dynamiken, die durch eine reduzierte Dichtematrix erfasst werden, die einer Lindblad- oder verallgemeinerten Mastergleichung gehorcht; Relaxations- und Dephasierungsraten folgen aus der Baths-Spektraldichte und den Kopplungsoperatoren. ## Fehlanwendung Fehlanwendung Ein offenes Subsystem als geschlossen zu behandeln und unitäre Gates anzuwenden, ohne Umweltinduzierte Fehler zu berücksichtigen; oder die Umgebung als gedächtnislos zu idealisieren, obwohl starke Korrelationen nicht-markovsche Rückkopplungen erzeugen, die einfache Mastergleichungs-Vorhersagen ungültig machen. ## Konsequenz Konsequenz Offenheit erfordert den Einsatz von Formalismen reduzierter Zustände, führt zu irreversiblen Prozessen, die Kohärenz und Fidelity begrenzen, und macht Rauschmodellierung, Reservoir-Engineering oder Fehlerkorrekturstrategien für Kontrolle und zuverlässige Informationsverarbeitung notwendig. ## Umkehrung Umkehrung Die Grenzfall eines geschlossenen Systems (keine Kopplung oder perfekt isoliertes System) stellt die unitäre Schrödinger-Dynamik wieder her; partielle Umkehrungen sind möglich durch Umwelt-Engineering oder Nutzung von System–Umgebung-Korrelationen zur bedingten Wiederherstellung. ## Abgrenzung Abgrenzung Die Definition hängt von der gewählten Partition ab: interne Freiheitsgrade, die als System statt als Umgebung behandelt werden ; schließt isolierte Systeme per Konstruktion aus und erfordert Spezifikation von Kopplung, Baddaten und Zeit skalen, damit Approximationen wie Markovianität gelten. ## Semantische Spannung Semantische Spannung Es besteht Spannung darin, wo die System–Umgebung-Grenze gezogen wird: Ein größeres Verbundsystem als System zu behandeln, kann scheinbare Dekohärenz in interne unitäre Dynamik umdeuten und damit verändern, welche Prozesse als ‚offen‘ oder ‚geschlossen‘ gelten. ## Synthese Synthese Ein offenes Quantensystem ist ein Subsystem, dessen effektive Dynamik aus unitärer Entwicklung in einem größeren Hilbertraum gefolgt von Eliminierung der Umgebungsvariablen resultiert, was nicht-unitäres, oft irreversibles Verhalten erzeugt, das mit Dichtematrizen und Mastergleichungen modelliert werden muss.