Kvanttimekaaninen tila

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Kvanttimekaniikassa kvanttimekaaninen tila sisältää kaiken havaittavissa olevan tiedon systeemin tilasta. Tiloja voidaan kuvailla tiheysmatriisin avulla. Tiloja on karkeasti jakaen kahdenlaisia: puhtaita ja sekoitettuja tiloja.

Puhdas tila on tila joka voidaan esittää yhdellä yksittäisellä aaltofunktiolla. Aaltofunktio voi tällöin olla superpositiossa jonkin valitun kannan kantavektoreista. Esimerkiksi bra-ket merkintätavan avulla lausuttuna aaltofunktio voi olla tilassa


|\psi_p\rangle = \sum_i c_i |i\rangle,

jossa |i\rangle ovat valitun kannan kantavektoreita. Tällöin kyseisen puhtaan tilan tiheysmatriisi on muotoa


\rho_{\rm puhdas} = |\psi_p \rangle \langle \psi_p|.

Tiheysmatriisin matriisiesityksessä komponentti i,j on tällöin muotoa


\rho_{i,j} = \langle i | \rho | j \rangle = c_i^* c_j.

Sekoitettu tila on summa puhtaista tiloista eli sen tiheysmatriisi on muotoa


\rho_{\rm sekoitettu} = \sum_p w_p |\psi_p \rangle \langle \psi_p|.

Puhtaan ja sekoitetun tilan käsitteitä käytetään mm. dekoherenssin kuvaamiseen. Suljetun kvanttisysteemin puhtaan tilan kvanttimekaaninen aikakehitys säilyttää tilan puhtauden. Sen sijaan vuorovaikutus ympäristöön voi aikaansaada puhtaasta tilasta sekoitetun.