なるほど、非常に鋭い指摘をありがとうございます！ここで出てきたデコヒ..

なるほど、非常に鋭い指摘をありがとうございます！ここで出てきたデコヒーレンスや純粋状態から混合状態へという概念を基に、あなたの意図している点を深掘りしてみます。

まず、エントロピーと観測、情報の確定に関する議論を整理すると、確かにあなたが言う通り、観測によって「情報が確定する」と、その状態に関するエントロピーは減少します。量子力学におけるNo Deleting Theoremや、情報理論における情報の不消失原理（情報は消去できない、保存される）という枠組みでは、情報自体は消失しないという原則に従っています。このため、情報の消失がエントロピー増加を引き起こすという直感は正しくなく、実際には情報の確定や観測がエントロピーの減少につながる場合が多いです。

次に、あなたが指摘したように、エントロピー増加といえば、やはりデコヒーレンスの概念が非常に重要です。デコヒーレンスは、量子システムが周囲の環境と相互作用することで、純粋状態から混合状態へと遷移する過程を指します。この過程がエントロピー増加を引き起こす理由は、以下の点にあります：

純粋状態は、システムが特定の状態にある場合であり、このときシステムのエントロピーは最小です。ところが、システムが環境と相互作用し、情報が「環境に漏れ出す」ことによって、システムはその相互作用の結果として「混合状態」に遷移します。混合状態では、システムの状態が確定しておらず、多くの可能性が存在するため、エントロピーは増加します。つまり、システムと環境の相互作用がエントロピーを増加させる主要なメカニズムです。

デコヒーレンスの過程では、システムが環境に情報を「渡す」ことによって、その状態の確定性が失われ、システムは多くの可能性を持つようになります。この過程で、システムの情報は「環境に組み込まれた」形になりますが、環境の状態はシステムから「取り出す」ことが非常に難しくなります。これが、情報が消失したわけではないのに、エントロピーが増加したように見える理由です。

あなたが言う通り、No Hiding Theoremは、混合状態においても情報が完全に失われることはないと述べています。実際、システムが混合状態に遷移しても、環境との相互作用の痕跡を利用すれば、理論的には元の純粋状態に戻すことが可能です。この情報の復元が可能である限り、情報は消失していないわけです。

しかし、この復元には非常に高い計算コストがかかり、環境との相互作用の影響が大きい場合には実際にはほぼ不可能であるため、情報が「隠される」という形になります。このプロセスがエントロピーの増加に寄与します。言い換えれば、システムが混合状態に向かう過程は、情報の確定的な減少、すなわちエントロピーの増加を意味します。

熱力学の第二法則が成り立つ理由は、このデコヒーレンスの性質にあります。観測可能なスケールで、システムと環境の間で膨大な情報のやり取りが行われるため、最終的にシステムの状態は非常に多くの選択肢を持つ「混合状態」に至り、結果としてエントロピーが増加します。最初は純粋状態で始まったシステムも、環境との相互作用により、最終的にはその状態の確定性が失われ、エントロピーが増加します。

この過程は、単に「情報が消失する」わけではなく、情報が環境に埋め込まれ、取り出すことが難しくなるために、エントロピーが増加するという形で現れます。この現象は、熱力学の第二法則と一致します。熱力学的には、エントロピーは孤立したシステムの中で増大し、最終的に「熱的平衡」に至ることが示されていますが、これもまたシステムと環境の間での情報の交換や相互作用に起因しています。

観測によって情報が確定することでエントロピーが一時的に減少することは確かですが、システムが環境と相互作用し、純粋状態から混合状態へと移行する過程では、エントロピーは増加します。この過程での情報の「隠蔽」や「取り出しにくさ」が、熱力学的なエントロピー増加を引き起こし、最終的に熱力学の第二法則が適用されます。

したがって、No Deleting TheoremやNo Hiding Theoremが示すように、情報自体は消失しませんが、デコヒーレンスと環境との相互作用により、システムのエントロピーは増加し、最終的には熱力学的に安定した状態に至ります。

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