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Interpretación básica de composición de Observables y su medición

Dadas dos (o más) variables observables $A, B$ que conmute se puede construir un tercer observable $C= A \circ B$. Si $\psi$ es un común autovector de a $A, B$ con autovalores $\lambda_1, \lambda_2$, entonces es claro que la medición de la $C$ del estado $\psi$ da el resultado de la medición $\lambda =\lambda_1 \lambda_2$, es decir, el resultado de la medición de la observables $C$ es el resultado de la medición de $A$ a veces, el resultado de la medición de $B$. Pero lo que si $\psi$ es un autovector de a $C$, pero no de $A$$B$? ¿Hay alguna conexión entre los resultados de la medición de $A$, $B$ y $C$?

Ejemplo: supongamos que hay tres observadores que medir un spin estado, con la correspondiente observables $A = \sigma_x \otimes \mathbb{I} \otimes \mathbb{I}$, $B=\mathbb{I} \otimes \sigma_y \otimes \mathbb{I}$ y $C=\mathbb{I} \otimes \mathbb{I} \otimes \sigma_y$. Viajan y se puede construir $D= A \circ B \circ C = \sigma_x \otimes \sigma_y \otimes \sigma_y$. Ahora los GHZ-estado $\psi = \frac{1}{\sqrt{2}} ( | +z, +z, +z \rangle - | -z, -z, -z\rangle)$ es un autovector de a $D$ con autovalor $\lambda =-1$ pero no es un eigenstate de $A, B$ o $C$.

Cada uno de los observadores se consigue un resultado $\pm 1$. ¿Hay alguna conexión entre los resultados individuales y el autovalor de a $\psi$ (respectivamente la expectativa de valor de $\langle \psi | D | \psi \rangle = -1$)? Intuitivamente diría que el producto de los resultados debe dar el autovalor de a $\psi$ pero no puedo ver cómo esto debe seguir desde cualquier postulado de la mecánica cuántica o el razonamiento matemático como en el caso de la común autovector.

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Michael Hardy Puntos 4554

Tomando $C=A_1A_2....A_n$, el problema surge porque el autovector subespacio correspondiente a un autovalor de a $C$ no se corresponde con el vector propio subespacios correspondientes a un autovalor de la $A_i$

A ver que, vamos a dar un ejemplo con $C=A_1A_2$,$A_1 = \sigma_x \otimes Id, A_2 = Id \otimes\sigma_x $. Por lo $C= \sigma_x \otimes\sigma_x$ Tenemos la siguiente matriz :

$$\begin{pmatrix} &\sigma_x \otimes Id&Id \otimes\sigma_x&\sigma_x \otimes\sigma_x \\(|00\rangle+|10\rangle)+(|01\rangle+11\rangle)&+&+&+ \\(|00\rangle+|10\rangle)-(|01\rangle+11\rangle)&+&-&- \\(|00\rangle+|01\rangle)-(|10\rangle+11\rangle)&-&+&- \\(|00\rangle+|11\rangle)-(|01\rangle+10\rangle)&-&-&+\end{pmatrix}$$

La primera columna está hecha de común eingenvectors, y el resto de las columnas corresponden a los autovalores ( $\pm$ $\pm1$).

El subespacio correspondiente al autovalor $+1$ $\sigma_x \otimes\sigma_x$ $2-$dimensiones y corresponde a la primera y la última vectores propios.

Ahora, si sumamos la primera y la última autovector, obtenemos el estado de $|00\rangle+|11\rangle$, y debido a que el primer y el último vectores propios tienen el mismo autovalor $+1$$\sigma_x \otimes\sigma_x$, $|00\rangle+|11\rangle$ es también un vector propio con autovalor $+1$$\sigma_x \otimes\sigma_x$.

Pero el problema es que el primer y el último vector propio no tiene el mismo autovalor de a$\sigma_x \otimes Id$$Id\otimes\sigma_x$, por lo que cualquier combinación de estos $2$ vectores propios no puede ser un vector propio de a$\sigma_x \otimes Id$$Id\otimes\sigma_x$. Y este es el caso de $|00\rangle+|11\rangle$

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rawdem Puntos 26

En primer lugar creo que no he estado a mi pregunta con suficiente claridad: yo sé que las matemáticas detrás de los desplazamientos observables y sus autovalores, pero yo quería saber lo que sucede en un verdadero experimento físico. Quería saber si hay una conexión entre el autovalor $\lambda$ de un preparado eigenstate $\psi$ $C=A_1 \ldots A_n$ y los resultados individuales $\lambda_1, \ldots, \lambda_n$ de las mediciones de $A_1, \ldots, A_n$. La situación es clara si $\psi$ es un común autovector de a$A_1, \ldots, A_n$, pero no estaba claro para mí lo que pasa si $\psi$ NO es un vector propio.

Trimok la respuesta no respondió a mi pregunta directamente, pero su ejemplo me dio una idea importante que me ayudó a darme cuenta de esto.

Uno de mis ideas erróneas era la idea de que un eigenstate $|\psi\rangle$ $C=A_1 \ldots A_n$ no cambia durante una medición de $C$ debido a la relación matemática $C|\psi\rangle = \lambda |\psi\rangle$. Pero esto no es necesariamente cierto. Por ejemplo, el estado de $|00\rangle + |11\rangle$ cambios durante la medición de $\sigma_x \otimes \sigma_x$: cada observador aparecerá $|0\rangle$ o $|1\rangle$ por lo que el estado después de la medición se $|00\rangle$ o $|11\rangle$ aunque $|00\rangle + |11\rangle$ es un eigenstate de $\sigma_x \otimes \sigma_x$ al autovalor $+1$.

Creo que la conexión entre los distintos autovalores es como sigue. Deje $|\psi\rangle$ ser un eigenstate de $C = A_1 \ldots A_n$ al autovalor $\lambda$, pero no necesariamente tiene que ser un vector propio de las características observables $A_1, \ldots, A_n$. En general, $|\psi\rangle$ puede ser expresado como una combinación lineal de común vectores propios: $$ |\psi\rangle =\sum_{\substack{\alpha_1, \ldots, \alpha_n \\ \alpha_1 \cdots \alpha_n=\lambda}} c_{\alpha_1, \ldots, \alpha_n} |\alpha_1, \ldots, \alpha_n\rangle, $$ donde $|\alpha_1, \ldots, \alpha_n\rangle$ es un autovector de a $A_1$ al autovalor $\alpha_1$, etc. El producto de la $\alpha_i$ se $\lambda$, porque es una matemática abstracta resultado que el conjunto de valores propios de a $C$ tiene esta forma.

Ahora, ¿qué pasa si las características observables $A_1, \ldots, A_n$ se miden por separado (w.r.t. $|\psi\rangle)$? Cada medida hará que el subespacio donde la medida del estado vidas de los más pequeños: La medición de $A_1$ va a obligar al estado a $|\psi\rangle$ a a un cambio de estado $|\beta_1\rangle$ donde $\beta_1$ es un autovalor de a $A_1$. Pero todavía puede ser expresado como una combinación lineal de común vectores propios de a $A_2, \ldots, A_n$. A continuación, la medición de $A_2$ va a cambiar el estado en $|\beta_1, \beta_2\rangle$ y así sucesivamente. Después de la medición de $A_n$ nos quedamos con un común eigenstate $|\beta_1, \ldots, \beta_n\rangle$ $\beta_1 \cdots \beta_n = \lambda$ porque $|\psi\rangle$ fue originalmente una combinación lineal de autovectores comunes que satisfacen esta ecuación.

Así que la declaración "El producto de los resultados individuales es igual al autovalor $\lambda$ de la eigenstate $|\psi\rangle$ $C$" aún se mantiene en el caso de que, al $|\psi\rangle$ no es un vector propio. Esta intuitiva el resultado es ahora respaldado por un argumento correcto.

Sólo como una nota interesante: Cuando un observable $C$ es una composición de otros objetos, por ejemplo,$C=A\circ B$, esto no significa que uno tiene que medir el $B$$A$, consecutivamente, con el fin de medir $C$. $C$ puede representar una única medición. Por ejemplo, tomemos $A=\sigma_x \otimes \sigma_y$$B=\sigma_y \otimes \sigma_x$,$C = (\sigma_x \otimes \sigma_y) \circ (\sigma_y \otimes \sigma_x) = \sigma_z \otimes \sigma_z$. Por lo $C$ pueden representar diferentes montajes experimentales: una consecutivos de medición de $B$ $A$ o de una medida única de dos qubits a lo largo del eje z. (Soy nuevo aquí y no sé si esos comentarios son bien recibidos aquí o considerado como molesto. Me quite si alguien desea.)

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