¿Observamos o medimos las superposiciones todo el tiempo?

Question

Esto no es un duplicado, las otras respuestas no específicamente resolver la contradicción, ni tampoco dar una respuesta exacta.

He leído esta pregunta:

Estamos tan seguros de superposición?

¿Cómo sabemos que existe superposición?

Habrá dos gatos en el cuadro (superposición) si yo uso partículas virtuales (campo magnético) para abrir el cuadro de Schrödinger experimento?

donde Stéphane Rollandin en un comentario dice:

Nunca hemos de observar un sistema de superposición. ¿Qué sería de "dos gatos" incluso parece? Superposición ocurre sólo cuando no hay ninguna observación.

Si podemos demostrar que la superposición existe, entonces ¿por qué no podemos medirlo?

donde Cort Amón dice:

Superposición no "existe", por cuanto es una herramienta matemática que se utiliza para describir el mundo que no existe. No podemos medir porque no es algo que se mide. La superposición es un concepto en matemáticas.

y donde knzhou dice:

Medimos superposiciones todo el tiempo. Podemos medir si la luz está polarizada en diagonal con un filtro polarizador, pero la diagonal de la polarización es un igual a superposición de horizontal y vertical de la polarización. El noreste es una superposición de norte y oriente. Pero también es un simple vector por su propia cuenta. Del mismo modo, el norte es una dirección definida, pero se trata de una superposición de noreste y noroeste. Totalmente de forma análoga, quantum medidas va a dar resultados definitivos. Pero la función de onda después de una medición es todavía una superposición.

Así que esto es una contradicción. Uno de ellos dice que nunca observar la superposición, el otro dice que tenemos que hacer, porque incluso si la medición nos da un resultado definido, es una superposición de muchos estados.

Pregunta:

1. cual es el adecuado, podemos (hacer nosotros o lo hicimos) observar (medir) un sistema cuántico en superposición?

Answer 1

Para responder a la pregunta, usted tiene que especificar lo observable del autoestados la "superposiciones" que estamos hablando son superposiciones de.

Si se mide la energía, que siempre tienen una sola energía eigenstate, no una superposición de energía autoestados. Lo mismo se aplica para cualquier otro observable cantidad.

Pero de que es una sola energía eigenstate podría ser una superposición de estados propios para diferentes observables, tales como el $x$-componente del momento angular, al menos cuando el otro observable no conmuta con el que se mide.

El punto es que la "superposición" es una frase sin sentido. Preguntando "¿Es este estado cuántico de una superposición?" es como preguntar "¿este vector tiene varios componentes?" Depende del sistema de coordenadas está usando! (Este fue knzhou del punto). Diferentes características observables' autoestados proporcionar bases diferentes (sistemas de coordenadas, básicamente) para el espacio de Hilbert.

Por el contrario, "una superposición de estados propios de observables $O$" es significativo, bien definido frase.

Answer 2

Como se destaca en el G. Smith respuesta, cada estado-vector es una superposición de otro estado-vectores. Un espacio de Hilbert es, entre otras cosas, un espacio vectorial. Cualquier vector se puede escribir como una combinación lineal (superposición) de otros vectores, en una cantidad no numerable de diferentes maneras.

La pregunta que implícitamente tiene otra pieza, aunque. En esta respuesta, voy a tratar de que otra pieza, en caso de que ayuda a resolver algunas de las contradicciones aparentes: Independientemente de la superposición problema, ¿realmente podemos observar un estado-vector (o matriz de densidad)?

Si tenemos que ser selectivos acerca de la redacción...

Si realmente queremos ser exigentes, entonces la respuesta es no. Técnicamente, el concepto de la observación de un estado-vector (o matriz de densidad) no es significativo. El estado-vector/matriz de densidad no es algo que se observa; es algo que podemos elegir con el fin de tener en cuenta lo que ya hemos observado.

¿Qué criterios utilizamos para elegir? Elegimos lo que le da la correcta expectativa de los valores de los observables de las que ya se han medido (o que será aplicada en el diseño del experimento). El modelo del patrón de tiempo-dependiente de las características observables nos permite el uso de ese estado para relacionar la expectativa de valores de las diferentes variables observables para cada uno de los otros, en particular, se refieren a cosas que ya hemos observado (o forzada) a las cosas que no hemos observado todavía. Eso es cómo hacer predicciones.

¿Qué acerca de "estado cuántico de positrones", o en otros experimentos que supuestamente utilizar las mediciones para determinar lo que el estado-vector o matriz de densidad es? Cuando nos fijamos pasado el suelto de lengua y considerar lo que se hace realmente en esos experimentos, es coherente con lo que he escrito arriba. Esto se discute en detalle en el Desconocido Estados Cuánticos: El Quantum de Finetti Representación (https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104088).

Si no estamos siendo tan exigente acerca de la redacción...

La mayoría de los físicos (entre ellos yo) no suelen ser tan quisquilloso acerca de la manera en que las cosas están escritas, porque redacción cosas a la perfección todo el tiempo es caro, tal vez, incluso, imposible. De la lengua como "la medición del estado" es el argot para algo que realmente es legítima, como se ilustra en la Hari la respuesta.

Para ilustrar el punto sobre el lenguaje en una clásica contexto, considere la posibilidad de una moneda sacudir experimento. Si se asigna una probabilidad de 0,5 para el evento "moneda de tierras en el heads-up", a continuación, la coherencia exige que se asigne una probabilidad muy cercana a 1.0 para el evento "casi exactamente el 50% de las monedas de la tierra en el heads-up cuando se lanza un jillion de ellos." Este derivado de la probabilidad de asignación es lo que llamamos una predicción. "Predicción" se refiere a un evento que estamos obligados a asignar una probabilidad cercana al 100% basada en la coherencia con otras entradas.

Hemos "medido" o "observado" en el original 0.5 probabilidad de asignación? No hay, estrictamente hablando, que no tiene sentido. Pero todavía podemos utilizarlo para hacer un comprobables "predicción", como se define anteriormente, y en esa rotonda sentido, podemos validar el original de la probabilidad de asignación a través de la observación.

(De nuevo, esto es sólo para ilustrar el punto acerca de cómo suelto de lengua puede tener un legítimo de la fundación. Estoy no tratando de sugerir una ocultos variables del modelo para la teoría cuántica.)

Resumen (picky-la redacción de la versión)

Así, para abordar la cuestión en un sentido estricto, el estado-vector o matriz de densidad es técnicamente algo que elegimos, no es algo que podemos observar, independientemente de cómo se puede expresar como una superposición. Tal vez esta perspectiva puede ayudar a resolver algunas de las aparentes contradicciones entre los diversos comentarios.

Answer 3

Supongamos que hay un sistema cuántico que está en una superposición de dos estados de $\psi_{A}$ e $\psi_{B}$ con autovalores $a$ e $b$. Considere la posibilidad de producir muchas copias de este estado, que son exactamente idénticos, y de tomar una medida en la que la función de onda se colapsa a cualquiera de las $\psi_{A}$ o $\psi_{B}$, dando a $a$ o $b$ , respectivamente, como los observables.

Por ejemplo, se puede restringir el giro a punto en una dirección en particular y, a continuación, medir su proyección a lo largo de una dirección ortogonal. Para hacer más matemáticas, considere la posibilidad de preparar hasta 'giros', con respecto a la dirección z, i.e da un autovalor de $\frac{ℏ}{2}$ cuando su componente z de giro se mide. Ahora bien, si la medición se efectúa por su proyección a lo largo del eje x, se le dará un autovalor de cualquiera de las $\frac{ℏ}{2}$ o $-\frac{ℏ}{2}$. Si un número suficientemente grande de las mediciones se realizan sobre la copias idénticas preparado, la probabilidad de que cada observación podría ser de 0.5.

Aquí, durante las mediciones, podemos observar el estado cuántico en un determinado eigenstate del operador, no hay superposición con respecto a los estados propios de este operador. Pero ya hemos preparado el sistema para estar en el giro de seguridad del estado con respecto al eje z, y debido a nuestra observación de que se puede contraer a girar hacia arriba o hacia abajo con respecto al eje x después de una medición, podemos concluir que nuestro estado inicial era una superposición de estos dos estados. Por lo tanto, cuando uno hace una medición, siempre nos observar un eigenstate del operador para que la medición, pero podría ser una superposición de estados propios de otro operador. Sin embargo, a partir de la resultante de las observaciones, se puede concluir que nuestro estado inicial fue en una superposición de algunos estados propios, como en el ejemplo anterior.