Hvad er en blandet tilstand i kvantemekanik?

I kvantemekanik, en blandet tilstand er et statistisk ensemble af kvantetilstander. I modsætning til en ren tilstand , der beskriver et system med en bestemt kvantetilstand, repræsenterer en blandet tilstand et system, hvis tilstand er usikker, idet den er en sandsynlig kombination af flere mulige rene tilstande.

Her er en sammenbrud af nøglekoncepter:

ren tilstand:

* Beskriver et system med en bestemt kvantetilstand, repræsenteret af en enkelt bølgefunktion.

* Eksempel:En spin-up-elektron er i en ren tilstand.

Blandet tilstand:

* Repræsenterer et system, hvis tilstand er usikker, idet det er en sandsynlig kombination af flere rene tilstande.

* Eksempel:Et system med 50% chance for at være i spin-up-tilstand og en 50% chance for at være i spin-down-tilstand er i en blandet tilstand.

Densitetsoperatør:

* Et matematisk værktøj, der bruges til at beskrive blandede tilstande.

* Det er en hermitian -operatør, der repræsenterer sandsynlighedsfordelingen over systemets mulige rene tilstande.

* De diagonale elementer i densitetsoperatøren repræsenterer sandsynligheden for, at systemet er i hver ren tilstand.

Hvorfor opstår blandede stater:

* ufuldstændige oplysninger: Hvis vi har ufuldstændig viden om et system, kan vi kun beskrive det ved hjælp af en blandet tilstand.

* interaktion med miljø: Interaktioner med miljøet kan forårsage decoherence, hvilket fører til en blandet tilstand.

* termisk ligevægt: Systemer i termisk ligevægt er typisk i blandede tilstande på grund af de termiske udsving i deres komponenter.

skelnen mellem blandede og rene tilstande:

* ren tilstand: Densitetsoperatør er idempotent (dens firkant er lig med sig selv).

* blandet tilstand: Densitetsoperatør er ikke idempotent.

Eksempler på blandede tilstande:

* Et termisk ensemble af atomer ved en bestemt temperatur.

* En stråle af upolariseret lys.

* Et system, der er målt, hvilket får det til at kollapse til en blandet tilstand.

Nøglepunkter:

* Blandede tilstande repræsenterer usikkerhed i et systems kvantetilstand.

* Densitetsoperatører bruges til at beskrive blandede tilstande.

* Blandede tilstande opstår på grund af ufuldstændig viden, interaktion med miljøet og termisk ligevægt.

* Blandede tilstande er ikke så specifikke som rene tilstande, men de er stadig vigtige for at forstå kvantefænomener.

At forstå blandede tilstande er afgørende for forskellige anvendelser i kvanteinformationsteori, kvanteberegning og statistisk mekanik.