Kvanteprosesser

Kvanteprosesser beskriver dynamikken til kvantesystemer og hvordan tilstander og utfall av målinger utvikler seg over tid. En tilstand i kvantemekanikk er ofte representert ved en tetthetsoperator ρ. I lukkede systemer skjer utviklingen enhetlig: ρ forandres til UρU†, der U er en enhetlig (unitaire) operator. For åpne systemer som påvirkes av omgivelsene, gjelder derimot mer generelle beskrivelser: helt positive avbildninger som bevarer sporet, CPTP-kart, ofte kalt kvantekanaler. Kraus-representasjonen gir ρ' = Σ_k E_k ρ E_k† med Σ_k E_k† E_k = I, noe som muliggjør modellering av støy og dissipation. Lindblad masterlikningen gir en vanlig beskrivelse av Markovian åpne systemer: dρ/dt = -i[H,ρ] + Σ_j (L_j ρ L_j† − 1/2 {L_j† L_j, ρ}).

Målinger kan modelleres som POVM-er eller prosjektive målinger, og resultatene påvirker tilstanden. Kvanteprosesser er sentrale i kvantedatamaskiner hvor gateoperasjoner beskrives som enheter, i kvansekommunikasjon og i protokoller som kvante-teleportering. For å karakterisere en ukjent prosess brukes kvanteprosess-tomografi, som samler inn data fra et sett med input-stater og målinger av utgang.

Betydningen ligger i å forstå dynamikken i realistiske kvante-systemer, kontrollere støy og designe robuste teknologier. Utfordringer inkluderer miljøkrefter, ikke-markovianske effekter og begrensninger i måleprøver. Historisk ble kvantemåling formalisert av von Neumann, mens Kraus og senere Lindblad bidro til operatørbaserte beskrivelser av prosesser.