In de kwantummechanica, een gemengde toestand is een statistisch ensemble van kwantumstaten. In tegenstelling tot A pure toestand , die een systeem beschrijft met een duidelijke kwantumtoestand, een gemengde toestand vertegenwoordigt een systeem waarvan de toestand onzeker is, een probabilistische combinatie van meerdere mogelijke pure toestanden.

Hier is een uitsplitsing van sleutelconcepten:

Pure State:

* Beschrijft een systeem met een duidelijke kwantumtoestand, weergegeven door een enkele golffunctie.

* Voorbeeld:een spin-up elektron bevindt zich in een pure toestand.

Gemengde status:

* Vertegenwoordigt een systeem waarvan de staat onzeker is, een probabilistische combinatie van meerdere pure toestanden.

* Voorbeeld:een systeem met een kans van 50% om in de spin-up toestand te zijn en een kans van 50% om in de spin-down toestand te zijn, bevindt zich in een gemengde toestand.

Dichtheidsoperator:

* Een wiskundig hulpmiddel dat wordt gebruikt om gemengde toestanden te beschrijven.

* Het is een Hermitiaanse operator die de waarschijnlijkheidsverdeling vertegenwoordigt over de mogelijke zuivere toestanden van het systeem.

* De diagonale elementen van de dichtheidsoperator vertegenwoordigen de kansen van het systeem dat in elke pure toestand zit.

Waarom gemengde toestanden ontstaan:

* Onvolledige informatie: Als we onvolledige kennis over een systeem hebben, kunnen we het alleen beschrijven met behulp van een gemengde toestand.

* Interactie met omgeving: Interacties met het milieu kunnen decoherentie veroorzaken, wat leidt tot een gemengde toestand.

* Thermisch evenwicht: Systemen in thermisch evenwicht zijn typisch in gemengde toestanden vanwege de thermische schommelingen van hun componenten.

Onderscheidend gemengde en pure toestanden:

* Pure State: Dichtheidsoperator is idempotent (het vierkant is gelijk aan zichzelf).

* Gemengde status: Dichtheidsoperator is niet idempotent.

Voorbeelden van gemengde toestanden:

* Een thermisch ensemble van atomen bij een specifieke temperatuur.

* Een straal van ongepolariseerd licht.

* Een systeem dat is gemeten, waardoor het instortte tot een gemengde toestand.

Sleutelpunten:

* Gemengde toestanden vertegenwoordigen onzekerheid in de kwantumtoestand van een systeem.

* Dichtheidsoperators worden gebruikt om gemengde toestanden te beschrijven.

* Gemengde toestanden ontstaan ​​door onvolledige kennis, interactie met het milieu en thermisch evenwicht.

* Gemengde toestanden zijn niet zo specifiek als pure toestanden, maar ze zijn nog steeds essentieel voor het begrijpen van kwantumfenomenen.

Het begrijpen van gemengde toestanden is cruciaal voor verschillende toepassingen in de theorie van de kwantuminformatie, kwantum computing en statistische mechanica.