kvanttisysteemistä

Kvanttisysteemi on fyysinen järjestelmä, jonka tilaa kuvaa kvanttimekaniikan periaatteet. Tällainen järjestelmä voi olla esimerkiksi yksi hiukkanen tai useamman osan muodostama kokonaisuus, kuten elektronin spin-tilat, fotonien polarisaatiot tai kvanttikutit (qubitit). Järjestelmän tilaa voidaan kuvata puhtaana tilana |ψ⟩ tai sekoitettuna tilana ρ. Hilbertin tila määrittää mahdolliset tilat, joille superpositio ja koherenssi ovat keskeisiä ominaisuuksia.

Dynaaminen kehitys: suljetussa järjestelmässä tila kehittyy yksiköllisesti Schrödingerin yhtälön mukaan d|ψ⟩/dt = -(i/ħ)H|ψ⟩. Ympäristön kanssa vuorovaikutuksessa oleva avosysteemi ei seuraa tätä yksinkertaisesti; decoherence ja dissipatiiviset prosessit ovat yleisiä. Tämän evoluution voi mallintaa Lindblad-master-yhtälöllä.

Mittaukset: mittauksissa havaittu tulos liittyy ominaisuuden eigenarvoon, ja todennäköisyys tulokselle määräytyy Bornin säännön mukaan. Mittaus voi projisoida tilan tiettyyn eigen-tilaan tai käyttää yleisempää POVM-mittausta.

Ominaisuudet: kvanttisysteemeillä voi olla superposition-tiloja ja niillä voi olla vahvasti toisiinsa kytkettyjä tiloja eli entanglement. Entanglement mahdollistaa tilojen tilastollisesti riippumattoman kokonaisuuden, ja mittaustulokset voivat olla epäklassillisia riippuvuuksia.

Esimerkkejä ja sovelluksia: keskeisiä kvanttijärjestelmiä ovat spin-1/2 tilat kuten elektronin spin, fotonien polarisaatio sekä superconducting qubitit, sekä jatkuvan spektrin järjestelmät kuten harmoninen oskillaattori. Kvanttitekniikalla rakennetaan kvanttilaskentaa, kvanttisensorointia ja kvanttiviestintää.