量子態
量子系統的狀態 / 維基百科,自由的 encyclopedia
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在量子力學裏,量子態(英語:quantum state)指的是量子系統的狀態。態向量可以用來抽象地表示量子態。[2]:93-96採用狄拉克標記,態向量表示為右矢;其中,在符號內部的希臘字母可以是任何符號,字母,數字,或單字。例如,在計算氫原子能譜時,能級與主量子數有關,所以,每個量子態的態向量可以表示為。
一般而言,量子態可以是純態或混合態。上述案例是純態。混合態是由很多純態組成的機率混合。不同的組合可能會組成同樣的混合態。當量子態是混合態時,可以用密度矩陣做數學描述,這密度矩陣實際給出的是機率,不是密度。純態也可以用密度矩陣表示。
哥本哈根詮釋以操作定義的方法對量子態做定義:量子態可以從一系列製備程序來辨認,即這程序所製成的量子系統擁有這量子態。[3]:15-16例如,使用z-軸方向的斯特恩-革拉赫實驗儀器,如右圖所示,可以將入射的銀原子束,依照自旋的z-分量分裂成兩道,一道的為上旋,量子態為或,另一道的為下旋,量子態為或,這樣,可以製備成量子態為的銀原子束,或量子態為的銀原子束。[1]:1-4銀原子自旋態向量存在於二維希爾伯特空間。對於這純態案例,相關的態向量是二維複值向量,長度為1:
- 。
在測量一個量子系統之前,量子理論通常只給出測量結果的機率分佈,這機率分佈的形式完全由量子態、相關的可觀察量來決定。對於純態或混合態,都可以從密度矩陣計算出這機率分佈。
另外,還有很多種不同的量子力學詮釋。根據實在論詮釋,一個量子系統的量子態完整描述了這個量子系統。量子態囊括了所有關於這系統的描述。實證詮釋闡明,量子態只與對於量子系統做觀察所得到的實驗數據有關。[3]:15按照系綜詮釋,量子態代表一個系綜的在同樣狀況下製備而成的量子系統,它不適用於單獨量子系統。[3]:220