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Gianfranco (talk | contribs) (Created page with "===3.3. Non-projective state update: atomic instruments=== In general, the statistical properties of any measurement are characterized by # the output probability distribution <math display="inline">Pr\{\text{x}=x\parallel\rho\}</math>, the probability distribution of the output <math display="inline">x</math> of the measurement in the input state <math display="inline">\rho </math>; # the quantum state reduction <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)} </ma...") |
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===3.3. | ===3.3. Aggiornamento dello stato non proiettivo: strumenti atomici=== | ||
In | In generale, le proprietà statistiche di qualsiasi misurazione sono caratterizzate da: | ||
# | # la distribuzione di probabilità dell'output <math display="inline">Pr\{\text{x}=x\parallel\rho\}</math>, la distribuzione di probabilità dell'output <math display="inline">x</math> della misurazione nello stato di input <math display="inline">\rho | ||
</math> | </math> | ||
# | # la riduzione dello stato quantico <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)} | ||
</math>, | </math>, il cambiamento di stato dallo stato di ingresso <math display="inline">\rho | ||
</math> | </math> allo stato di uscita <math display="inline">\rho\rightarrow\rho_{(X=x)} | ||
</math> | </math> condizionato al risultato <math display="inline">\text{X}=x | ||
</math> | </math> della misurazione. | ||
Nella formulazione di von Neumann, le proprietà statistiche di qualsiasi misura di un osservabile sono determinate in modo univoco dalla regola di Born (5) e dal postulato della proiezione (6), e sono rappresentate dalla mappa (9), uno strumento di tipo von Neumann. Tuttavia, la formulazione di von Neumann non riflette il fatto che lo stesso osservabile <math>A</math> rappresentato dall'operatore hermitiano <math>\hat{A}</math> può essere misurato in molti modi.(8) Formalmente, tali schemi di misurazione sono rappresentati da strumenti quantistici. | |||
Consideriamo ora i più semplici strumenti quantistici di tipo non von Neumann, noti come ''strumenti atomici''. Iniziamo ricordando la nozione di POVM (Probability Operator Valued Measure); limitiamo le considerazioni ai POVM con un dominio discreto di definizione <math display="inline">X=\{x_1....,x_N.....\}</math>. POVM è una mappa <math display="inline">x\rightarrow \hat{D}(x)</math> tale che per ogni <math display="inline">x\in X</math>,<math>\hat{D}(x)</math> è un operatore Hermitiano contrattivo positivo (chiamato ''effetto'') (ovvero <math display="inline">\hat{D}(x)^*=\hat{D}(x), 0\leq \langle\psi|\hat{D}(x)\psi\rangle\leq1</math> o qualsiasi <math display="inline">\psi\in\mathcal{H}</math>) e la condizione di normalizzazione <math display="inline">\sum_x \hat{D}(x)=I</math>, dove <math display="inline">I</math> è l'operatore di unità. Si presume che per qualsiasi misurazione, la distribuzione di probabilità di output <math display="inline">Pr\{\text{x}=x||\rho\}</math> sia data da | |||
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dove <math display="inline"> \hat{D}(x)</math> è un POVM. Per gli strumenti atomici si presume che gli effetti siano rappresentati concretamente nella forma | |||
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dove <math display="inline"> {V}(x)</math> è un operatore lineare in <math display="inline">\mathcal{H}</math>. Quindi, la condizione di normalizzazione ha la forma <math display="inline">\sum_x V(x)^*V(x)=I</math>.(9) La regola Born può essere scritta in modo simile a (5): | |||
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Si presume che la trasformazione dello stato post-misurazione sia basata sulla mappa: | |||
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quindi la riduzione dello stato quantico è data da | |||
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La mappa <math>x\rightarrow\mathcal{L_A(x)}</math> data da (13) è uno strumento quantistico atomico. Osserviamo che la regola di Born (12) può essere scritta nella forma | |||
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Sia <math>\hat{A}</math> un operatore Hermitiano in <math display="inline">\mathcal{H}</math>. Considera un POVM <math display="inline"> \hat{D}=\biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math>con il dominio di definizione dato dallo spettro di <math>\hat{A}</math>. Questo POVM rappresenta una misura di <math>A</math> osservabile se vale la regola di Born: | |||
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Pertanto, in linea di principio, le probabilità dei risultati sono ancora codificate nella scomposizione spettrale dell'operatore <math>\hat{A}</math> o in altre parole gli operatori <math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> dovrebbero essere selezionati in modo tale da generare le probabilità corrispondenti alla scomposizione spettrale della rappresentazione simbolica <math>\hat{A}</math> delle osservabili <math>A</math>, ovvero, <math display="inline"> \biggl(\hat{D}^A(x)\Biggr)</math> è univocamente determinato da <math>\hat{A}</math> come <math display="inline"> \hat{D}^A(x)=\hat{E}^A(x)</math>. | |||
Possiamo dire che questo operatore contiene solo informazioni sulle probabilità dei risultati, contrariamente allo schema di von Neumann, l'operatore <math>\hat{A}</math> non codifica la regola dell'aggiornamento dello stato. Per uno strumento atomico, le misurazioni dell'osservabile <math>A</math> hanno l'unica distribuzione di probabilità di output secondo la regola di Born (16), ma hanno molte diverse riduzioni dello stato quantico a seconda della scomposizione dell'effetto <math display="inline"> \hat{D}(x)=\hat{E}^A(x)=V(x)^*V(x)</math> in modo tale che | |||
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