量子态
量子系統的狀態 / 维基百科,自由的 encyclopedia
在量子力学里,量子态(英语:quantum state)指的是量子系统的状态。态向量可以用来抽象地表示量子态。[2]:93-96采用狄拉克标记,态向量表示为右矢;其中,在符号内部的希腊字母可以是任何符号,字母,数字,或单字。例如,在计算氢原子能谱时,能级与主量子数有关,所以,每个量子态的态向量可以表示为。
一般而言,量子态可以是纯态或混合态。上述案例是纯态。混合态是由很多纯态组成的概率混合。不同的组合可能会组成同样的混合态。当量子态是混合态时,可以用密度矩阵做数学描述,这密度矩阵实际给出的是概率,不是密度。纯态也可以用密度矩阵表示。
哥本哈根诠释以操作定义的方法对量子态做定义:量子态可以从一系列制备程序来辨认,即这程序所制成的量子系统拥有这量子态。[3]:15-16例如,使用z-轴方向的施特恩-格拉赫实验仪器,如右图所示,可以将入射的银原子束,依照自旋的z-分量分裂成两道,一道的为上旋,量子态为或,另一道的为下旋,量子态为或,这样,可以制备成量子态为的银原子束,或量子态为的银原子束。[1]:1-4银原子自旋态向量存在于二维希尔伯特空间。对于这纯态案例,相关的态向量是二维复值向量,长度为1:
- 。
在测量一个量子系统之前,量子理论通常只给出测量结果的概率分布,这概率分布的形式完全由量子态、相关的可观察量来决定。对于纯态或混合态,都可以从密度矩阵计算出这概率分布。
另外,还有很多种不同的量子力学诠释。根据实在论诠释,一个量子系统的量子态完整描述了这个量子系统。量子态囊括了所有关于这系统的描述。实证诠释阐明,量子态只与对于量子系统做观察所得到的实验数据有关。[3]:15按照系综诠释,量子态代表一个系综的在同样状况下制备而成的量子系统,它不适用于单独量子系统。[3]:220