Матрица плотности

Матрица плотности Определение и мотивация Матрица плотности описывает ансамбль физических систем как квантовые состояния.   Позволяет рассчитать вероятности результатов измерений.   Обобщает […]

Матрица плотности

  • Определение и мотивация

    • Матрица плотности описывает ансамбль физических систем как квантовые состояния.  
    • Позволяет рассчитать вероятности результатов измерений.  
    • Обобщает векторы состояния, представляя смешанные ансамбли.  
  • Свойства матрицы плотности

    • Матрица плотности получается из оператора плотности путем выбора ортонормированного базиса.  
    • Оператор плотности является положительным полуопределенным эрмитовым оператором.  
    • Матрица плотности может быть записана как сумма вероятностей чистых состояний.  
  • Чистое и смешанное состояния

    • Чистое состояние не может быть записано как вероятностная смесь.  
    • Оператор плотности представляет чистое состояние, если он является проекцией, идемпотентен и имеет чистоту одну.  
    • Смешанное состояние может быть записано как линейная комбинация чистых состояний.  
  • Примеры и приложения

    • Матрицы плотности используются в квантовой статистической механике, открытых квантовых системах и квантовой информации.  
    • Пример: поляризация света, где фотон может быть в правой или левой круговой поляризации или в суперпозиции обоих состояний.  
  • Поляризация света

    • Поляризованный свет описывается состояниями |R>, |L>, |V>, |H>.  
    • Неполяризованный свет не может быть описан как состояние формы |R> + |L>.  
    • Неполяризованный свет можно описать как статистический ансамбль.  
  • Эквивалентные ансамбли и очистки

    • Оператор плотности не определяет однозначно ансамбль чистых состояний.  
    • Существует бесконечно много эквивалентных ансамблей, генерирующих одну и ту же матрицу плотности.  
    • Оператор плотности имеет бесконечно много различных очищений.  
  • Измерение

    • Оператор плотности после измерения задается формулой, включающей след оператора.  
    • Вероятности результатов измерений задаются трассировкой проектора.  
    • Теорема Глисона показывает, что в гильбертовых пространствах размерности 3 или больше предположение о линейности может быть заменено неконтекстуальностью.  
  • Энтропия

    • Энтропия фон Неймана смеси выражается через собственные значения оператора плотности.  
    • Энтропия чистого состояния равна нулю.  
    • Энтропия выпуклой комбинации состояний задается энтропиями состояний и энтропией Шеннона распределения вероятностей.  
  • Уравнение фон Неймана для временной эволюции

    • Уравнение фон Неймана описывает эволюцию оператора плотности во времени.  
    • Уравнение справедливо только на рисунке Шредингера.  
    • Для гамильтониана, не зависящего от времени, уравнение легко решается.  
  • Функции Вигнера и классические аналогии

    • Оператор матрицы плотности может быть реализован в фазовом пространстве.  
    • Уравнение для временной эволюции функции Вигнера аналогично уравнению Лиувилля классической физики.  
  • Матрицы плотности в квантовой механике

    • Матрицы плотности являются основным инструментом квантовой механики.  
    • Используются в различных типах квантово-механических вычислений.  
  • Статистическая механика

    • Матрицы плотности выражают идею о системе при ненулевой температуре.  
    • Построение матрицы плотности с использованием канонического ансамбля.  
    • Условие нормализации определяет функцию разбиения.  
  • Теория квантовой декогеренции

    • Матрицы плотности упрощают описание процесса декогеренции.  
    • Декогеренция объясняет переход системы из чистого состояния в смешанное.  
    • Декогеренция не объясняет коллапс волновой функции.  
  • Квантовые вычисления и информация

    • Матрицы плотности используются в квантовых вычислениях и теории информации.  
    • Шум моделируется с помощью каналов деполяризации и амплитудного демпфирования.  
  • Квантовая томография

    • Процесс вычисления матрицы плотности на основе данных измерений.  
    • Используется для анализа систем с большим количеством электронов.  
  • C*-алгебраическая формулировка

    • Наблюдаемые величины отождествляются с элементами C*-алгебры.  
    • Состояния являются положительными линейными функционалами на C*-алгебре.  
    • Чистые состояния соответствуют неприводимым представлениям C*-алгебры.  
  • История

    • Формализм операторов плотности введен Джоном фон Нейманом в 1927 году.  
    • Лев Ландау независимо ввел матрицы плотности в 1946 году.  
    • Название «матрица плотности» связано с вероятностной мерой фазового пространства.  

Полный текст статьи:

Матрица плотности

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх