সুপারপজিশন এবং মিশ্র রাজ্যের মধ্যে পার্থক্য কী?


14

আমার এ পর্যন্ত উপলব্ধিটি হ'ল: একটি খাঁটি রাষ্ট্র একটি সিস্টেমের মৌলিক রাষ্ট্র এবং মিশ্র রাষ্ট্রটি সিস্টেম সম্পর্কে অনিশ্চয়তার প্রতিনিধিত্ব করে, অর্থাত্ সিস্টেমটি কয়েকটি (ধ্রুপদী) সম্ভাব্যতা সহ রাষ্ট্রের একটি সেটে রয়েছে। যাইহোক, সুপারপজিশনগুলি পাশাপাশি এক ধরণের রাজ্যের মিশ্রণ বলে মনে হয়, তবে তারা এই ছবিতে কীভাবে খাপ খায়?

উদাহরণস্বরূপ, একটি ন্যায্য মুদ্রা ফ্লিপ বিবেচনা করুন। আপনি "মাথা" এর একটি মিশ্র রাষ্ট্র যেমন উপস্থাপন করতে পারেন |0 এবং "মুদ্রার উলটা পিঠ" |1 :

ρ1=j12|ψjψj|=12(1001)

তবে, আমরা "মাথা" এবং "লেজ" এর সুপারপজিশনটিও ব্যবহার করতে পারি: নির্দিষ্ট রাষ্ট্র ψ=12(|0+|1)ঘনত্ব

ρ2=|ψψ|=12(1111)

আমরা যদি গণনা ভিত্তিতে পরিমাপ করি তবে আমরা একই ফল পাব। সুপারপোজড এবং মিশ্র রাষ্ট্রের মধ্যে পার্থক্য কী?



উত্তর:


10

না ,দুটি পৃথক রাজ্যেরএকটি সুপারপজিশন একটি এর চেয়ে সম্পূর্ণ আলাদা জন্তু একই রাজ্যের মিশ্রণের । যদিও এটি আপনার উদাহরণ থেকে হতে পারে যে ρ 1 এবং ρ 2 একই পরিমাপের ফলাফল দেয় (এবং এটি প্রকৃতপক্ষে) তবে আপনি অন্য ভিত্তিতে পরিমাপ করার সাথে সাথে তারা পরিমাপযোগ্যভাবে আলাদা ফলাফল দেবেρ1ρ2

একটি "সুপারপজিশন" পছন্দ একটিখাঁটি রাষ্ট্র। এর অর্থ এটি একটি সম্পূর্ণ বৈশিষ্ট্যযুক্ত রাষ্ট্র। অন্য কথায়, তথ্যের পরিমাণ নেই যা এর বর্ণনায় যুক্ত হয়েছে, এটি "কম নির্ধারিত" করতে পারে। নোট করুন যেপ্রতিটি খাঁটি রাষ্ট্রঅন্য খাঁটি রাজ্যের সুপারপজিশন হিসাবে লেখা যেতে পারে। প্রদত্ত রাজ্য রচনা | ψ|ψ=12(|+|) হিসাবে অন্যান্য রাজ্যের একটি উপরিপাত একটি ভেক্টর লেখা যেমন আক্ষরিক একই কথা বনাম কিছু ভিত্তিতে পদ: আপনি সবসময় ভিত্তিতে পরিবর্তন এবং একটি ভিন্ন প্রতিনিধিত্ব জানতে পারেন বনাম|ψvv

এটি আপনার প্রশ্নের ρ 1 এর মতো মিশ্র রাষ্ট্রের সাথে সরাসরি বিপরীত । Ρ 1 এর ক্ষেত্রে , ফলাফলগুলির সম্ভাব্য প্রকৃতিρ1ρ1 রাষ্ট্র সম্পর্কে আমাদের অজ্ঞতার উপর নির্ভর করে । এর অর্থ এই যে নীতির মধ্যে, এটিও সম্ভব হতে কিছু অতিরিক্ত তথ্য যা আমাদের বলে দেবে কিনা অর্জন রাজ্যের প্রকৃতপক্ষে |ρ2 বা রাজ্যে |||

একটি মিশ্র রাষ্ট্র সাধারণভাবে খাঁটি রাষ্ট্র হিসাবে লেখা যায় না। উপরের শারীরিক স্বজ্ঞাততা থেকে এটি পরিষ্কার হওয়া উচিত: মিশ্র রাষ্ট্রগুলি শারীরিক অবস্থা সম্পর্কে আমাদের অজ্ঞতার প্রতিনিধিত্ব করে , যখন খাঁটি রাষ্ট্রগুলি সম্পূর্ণরূপে সংজ্ঞায়িত রাজ্য হয়, যা কোয়ান্টাম মেকানিক্সের কাজ করার কারণে এখনও সম্ভাব্য ফলাফল দেয়।

প্রকৃতপক্ষে, কিনা একটি প্রদত্ত (সাধারণত মিশ্র) অবস্থায় একটি সহজ নির্ণায়ক হয় হিসেবে লেখা যেতে পারে | ψ ψ | কিছু (খাঁটি) রাষ্ট্রের জন্য | ψ : তার কম্পিউটিং বিশুদ্ধতা । একটি রাষ্ট্র বিশুদ্ধতা ρ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়ρ|ψψ||ψρ , এবং এটি একটি স্ট্যান্ডার্ড ফলাফল যে রাষ্ট্রের বিশুদ্ধতা 1 হয় এবং কেবল যদিরাজ্য খাঁটি হয় (এবংঅন্যথায় 1 এর চেয়ে কমহয়)।Tr(ρ2)1 1


9

সংক্ষিপ্ত উত্তরটি হ'ল "অনিশ্চয়তা" ছাড়াও কোয়ান্টামের তথ্য রয়েছে। এটি কারণ যে কোনও রাষ্ট্রকে পরিমাপ করার একাধিক উপায় রয়েছে; এবং যে না থাকায় একটির বেশি ভিত্তিতে যা, মধ্যে নীতিগতভাবে, আপনি সংরক্ষণ এবং তথ্য পুনরুদ্ধার করতে পারেন। সুপারপজিশনগুলি আপনাকে গণনাভিত্তিক - তবে মিশ্রণের চেয়ে আলাদা ভিত্তিতে তথ্য প্রকাশের অনুমতি দেয় সম্ভাব্য উপাদানগুলির উপস্থিতি বর্ণনা করে, আপনি কোন ভিত্তিতে রাজ্যটি দেখার জন্য ব্যবহার করেন তা নয়।

দীর্ঘ উত্তরটি নিম্নরূপ -

আপনি পরিমাপ হিসাবে যেমন বর্ণনা করেছেন পরিমাপ এটি বিশেষত গণনা ভিত্তিতে পরিমাপ। এটিকে প্রায়শই সংক্ষিপ্ততার জন্য "পরিমাপ" হিসাবে বর্ণনা করা হয় এবং সম্প্রদায়ের বৃহত উপগোষ্ঠী বিষয়গুলি পরিমাপের প্রাথমিক উপায় হিসাবে বিবেচনা করে। তবে অনেকগুলি শারীরিক সিস্টেমে একটি পরিমাপের ভিত্তি চয়ন করা সম্ভব

এর উপরে একটি ভেক্টর স্পেসের একাধিক ভিত্তি রয়েছে (এমনকি একের পরিকল্পিত ভিত্তিতেও বেশি) এবং গাণিতিক স্তরে এমন কিছু নেই যা একটি ভিত্তিকে অন্যের চেয়ে বেশি বিশেষ করে তোলে, গণিতবিদ যেটি ভাবতে সুবিধাজনক তা বাদ দিয়ে। কোয়ান্টাম মেকানিক্সেও একই কথা: আপনি যদি নির্দিষ্ট কিছু গতিবিদ্যা নির্দিষ্ট না করেন তবে অন্যের চেয়ে বিশেষ কোন ভিত্তি নেই। তার মানে গণনা ভিত্তিক | 0 = [ 1 0 ] ,C অন্য ভিত্তিতে থেকে শারীরিকভাবে মৌলিকভাবে ভিন্ন নয় যেমন | + = 1

|0=[10],|1=[01]
এটি একটি অরথনোরাল ভিত্তিও। তার মানে হল একটি রাষ্ট্রকে "মাপার" উপায় থাকতে হবে| ψসি2মধ্যে এমনভাবে ফলাফল এর সম্ভাব্যতা এই রাজ্যের সম্মুখের অনুমান উপর নির্ভর করে| +এবং| -
|+=12[11],|=12[11],
|ψC2|+|

কিছু শারীরিক সিস্টেমে যেভাবে কেউ এই পরিমাপটি সম্পাদন করে তা হ'ল আক্ষরিকভাবে একই সরঞ্জামটি গ্রহণ করা এবং এটি ঝুঁকানো যাতে এটি Z অক্ষের পরিবর্তে X অক্ষের সাথে একত্রিত হয়। গাণিতিকভাবে, আমরা যেভাবে এটি করি তা হল প্রজেক্টরকে বিবেচনা করা এবং তারপর জিজ্ঞাসা করতে কি অনুমান| φ+:=Π+| ψএবং| φ-:=Π-| ψ। এর আদর্শ-বর্গক্ষেত্র| φ±"পরিমাপ সম্ভাবনা নির্ধারণ করে|+ +এবং" পরিমাপ "|-"; এবং স্বাভাবিককরণ| φ+বা

Π+=|++|=12[1111],Π=||=12[1111]
|φ+:=Π+|ψ|φ:=Π|ψ|φ±|+||φ+ 1 এর 1 টি আদর্শ থাকতে পরে-পরিমাপের স্থিতি দেয়। (ক একক qubit উপর একটি রাষ্ট্র, এই মাত্র হতে হবে | + + বা | - যদি আমরা বহু-qubit রাজ্যের বিবেচনা আরো আকর্ষণীয় পোস্ট পরিমাপ রাজ্যের হতে পারে, এবং প্রজেক্টর বিবেচনা। Π + + বা Π -|φ|+|Π+Π এক অভিনয় অনেক কুইবট।)

ঘনত্ব অপারেটার জন্য, এক রাজ্যের লাগে যা আপনার উপর একটি পরিমাপ সঞ্চালন করতে চান, এবং বিবেচনা ρ + + : = Π + + ρ Π + + এবং ρ - : = Π - ρ Π - । এই অপারেটরগুলি একইভাবে উপ-সাধারণীকরণ করা যেতে পারে যেভাবে রাজ্যগুলি | φ ± অর্থে তারা ট্রেস চেয়ে 1. ট্রেস মান কম থাকতে পারে এ, হতে পারে ρ ± ফলাফল প্রাপ্তির সম্ভাব্যতা | + বা | -ρρ+:=Π+ρΠ+ρ:=ΠρΠ|φ±ρ±|+|পরিমাপের; পুনর্নবীকরণের জন্য, সহজেই ট্রেস 1 পাওয়ার জন্য অনুমিত অপারেটরটিকে স্কেল করুন।

ρ2|±ρ2=ρ2,+:=Π+ρ2Π+Π+|+ρ1|+|ρ1 is a mixed state, while ρ2 is not --- the difference being that ρ2 has a definite outcome in a different measurement basis than the standard basis. You might say that ρ2 stores a definite piece of information, albeit in a different basis than the computational basis.

More generally, a mixed state is one whose largest eigenvalue is less than 1, meaning that there is no basis in which you can measure it to get a definite outcome. Superpositions allow you to express information in a different basis than the computational basis; mixtures represent a degree of randomness about the state of the system you're considering, regardless of how you measure that system.


2

Along with glS' post:

A mixed state would be if you had a can of paint, but you weren't sure if it was blue or yellow. You know it is either one of the two, and once you pop the top and measure it, you'd know, but until you do it is in one of those two pure states. If you picked it up from a stack of cans where you knew there were equally many cans of blue paint as yellow, you would expect an equal chance of it being one or the other. 50% of the time it would be 100% yellow and 50% of the time it would be 100% blue.

A superposition is more like if you take half a can of blue and half a can of yellow and pour them together. You've now constructed a new pure state that is expressible as a combination of other pure states. If you test its 'blueness', it is about 50%. If you test its 'yellowness' it is about 50%. It is both yellow and blue at the same time. 100% of the time it is both 50% blue and 50% yellow.

If you measured the amount of blue and yellow in one stack of blue or yellow cans and then in another stack of green, you might be confused to see you have just as much blue and yellow in both stacks, but the difference is that the 'blueness' and 'yellowness' is in a mixed state in the later stack but is in a superposition in the latter.

আমাদের সাইট ব্যবহার করে, আপনি স্বীকার করেছেন যে আপনি আমাদের কুকি নীতি এবং গোপনীয়তা নীতিটি পড়েছেন এবং বুঝতে পেরেছেন ।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.