Τι είναι μια μικτή κατάσταση στην κβαντική μηχανική;

Στην κβαντική μηχανική, ένα μικτή κατάσταση είναι ένα στατιστικό σύνολο κβαντικών καταστάσεων. Σε αντίθεση με μια καθαρή κατάσταση , το οποίο περιγράφει ένα σύστημα με συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση, μια μικτή κατάσταση αντιπροσωπεύει ένα σύστημα του οποίου η κατάσταση είναι αβέβαιη, είναι ένας πιθανοτικός συνδυασμός πολλαπλών πιθανών καθαρών καταστάσεων.

Ακολουθεί μια κατανομή των βασικών εννοιών:

Καθαρή κατάσταση:

* Περιγράφει ένα σύστημα με συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση, που αντιπροσωπεύεται από μία μόνο κύματα.

* Παράδειγμα:Ένα ηλεκτρόνιο spin-up βρίσκεται σε καθαρή κατάσταση.

Μικτή κατάσταση:

* Αντιπροσωπεύει ένα σύστημα του οποίου η κατάσταση είναι αβέβαιη, είναι ένας πιθανός συνδυασμός πολλαπλών καθαρών καταστάσεων.

* Παράδειγμα:Ένα σύστημα με πιθανότητα 50% να βρίσκεται σε κατάσταση spin-up και 50% πιθανότητα να βρεθεί στην κατάσταση spin-down βρίσκεται σε μικτή κατάσταση.

χειριστής πυκνότητας:

* Ένα μαθηματικό εργαλείο που χρησιμοποιείται για την περιγραφή μικτών καταστάσεων.

* Είναι ένας Ερμιτικός χειριστής που αντιπροσωπεύει την κατανομή πιθανότητας στις πιθανές καθαρές καταστάσεις του συστήματος.

* Τα διαγώνια στοιχεία του χειριστή πυκνότητας αντιπροσωπεύουν τις πιθανότητες του συστήματος που βρίσκονται σε κάθε καθαρή κατάσταση.

Γιατί προκύπτουν μικτές καταστάσεις:

* Ατελές πληροφορίες: Εάν έχουμε ελλιπείς γνώσεις σχετικά με ένα σύστημα, μπορούμε να το περιγράψουμε μόνο χρησιμοποιώντας μια μικτή κατάσταση.

* αλληλεπίδραση με περιβάλλον: Οι αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον μπορούν να προκαλέσουν αποσύνδεση, οδηγώντας σε μικτή κατάσταση.

* Θερμική ισορροπία: Τα συστήματα σε θερμική ισορροπία είναι συνήθως σε μικτές καταστάσεις λόγω των θερμικών διακυμάνσεων των συστατικών τους.

Διακριτική μικτή και καθαρή κατάσταση:

* Καθαρή κατάσταση: Ο χειριστής πυκνότητας είναι idempotent (το τετράγωνο του είναι ίσο με τον εαυτό του).

* Μικτή κατάσταση: Ο χειριστής πυκνότητας δεν είναι idempotent.

Παραδείγματα μικτών καταστάσεων:

* Ένα θερμικό σύνολο ατόμων σε συγκεκριμένη θερμοκρασία.

* Μια δέσμη μη πολωμένου φωτός.

* Ένα σύστημα που έχει μετρηθεί, προκαλώντας την κατάρρευση σε μια μικτή κατάσταση.

Βασικά σημεία:

* Οι μικτές καταστάσεις αντιπροσωπεύουν αβεβαιότητα στην κβαντική κατάσταση ενός συστήματος.

* Οι χειριστές πυκνότητας χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν μικτές καταστάσεις.

* Οι μικτές καταστάσεις προκύπτουν λόγω ελλιπούς γνώσης, αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον και θερμικής ισορροπίας.

* Οι μικτές καταστάσεις δεν είναι τόσο συγκεκριμένες όσο οι καθαρές καταστάσεις, αλλά εξακολουθούν να είναι απαραίτητες για την κατανόηση των κβαντικών φαινομένων.

Η κατανόηση των μικτών καταστάσεων είναι ζωτικής σημασίας για διάφορες εφαρμογές στη θεωρία των κβαντικών πληροφοριών, τον κβαντικό υπολογισμό και τη στατιστική μηχανική.